XIV Міжнародна наукова інтернет-конференція ADVANCED TECHNOLOGIES OF SCIENCE AND EDUCATION (19-21.04.2018)

Русский English




Научные конференции Наукові конференції

канд. технічн. наук, Кочкодан Я. М., Кобзєв С. О. ДОСЛІДЖЕННЯ КОНТРАКЦІЇ РОЗШИРЮВАЛЬНИХ ТАМПОНАЖНИХ ЦЕМЕНТІВ

кандидат технічних наук, Кочкодан Ярослав Михайлович

Кобзєв Сергій Олегович

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу

ДОСЛІДЖЕННЯ КОНТРАКЦІЇ РОЗШИРЮВАЛЬНИХ ТАМПОНАЖНИХ ЦЕМЕНТІВ

         При гідратації цементу утворюються кристалогідрати. Вода з вільного стану переходить у зв'язаний або до складу кристалічних решіток, або зв'язана адсорбційними силами. При цьому її стан перетворюється на квазітверде - збільшується густина, знижується рухливість. Гідратація цементу призводить до скорочення фізичного (абсолютного) об'єму системи цемент - вода внаслідок утворення продуктів гідратації, які мають менший фізичний об'єм, ніж сума фізичних об'ємів вихідних речовин. Це явище одержало назву контракції.

         Контракція обумовлена перебудовою кристалічних граток вихідних мінералів клінкеру з атомних у молекулярні при їх гідратації. Контракція буває фізична, хімічна та фізико-хімічна. Найчастіше трапляється фізико-хімічна.

         Контракція детально відображає характер складних процесів, які відбуваються при гідратації і твердінні гідравлічних в'яжучих. Основною причиною зменшення загального об'єму системи цемент - вода, за В.В. Некрасовим, при твердінні гідравлічних в'яжучих, є різниця густини вихідних і кінцевих продуктів гідратації, спричинена перебудовою кристалічних граток вихідних мінералів клінкеру при їх гідратації [1].

         Під впливом контракції об'єм цементного каменю повинен би зменшуватись, проте фактично цього не відбувається. На початку взаємодії цементу з водою, при переході із рідкого стану у твердий (при утворенні коагуляційно-кристалізаційної структури) контракція незначна. У подальшому зі збільшенням ступеня гідратації контракція зростає, але об'єм затвердівшої системи не зменшується. Внаслідок цього результатом контракції є лише збільшення пористості тампонажного портландцементного каменю.

         Контракція має важливе значення для формування цементного кільця у затрубному просторі та пояснення його негерметичності на контакті зі стінками нафтових і газових свердловин.

         Зовні ефект контракції проявляється утворенням розрідження (вакууму) на поверхні твердіючого тампонажного каменю, що сприяє всмоктуванню контактуючих з ним води, нафти чи газу. Оскільки мінерали портландцементного клінкеру чи інших тампонажних цементів утворюють при гідратації різні хіміко-мінералогічні сполуки, кожній з яких притаманна своя кристалічна гратка і певна зміна питомого об'єму, то величина контракції є функцією мінералогічного складу досліджуваного цементу і водоцементного відношення.

         На стінках свердловини і обсадної колони, а також у застійних зонах є глиниста кірка і залишки промивальної рідини. У результаті контракції твердіючий  тампонажний розчин всмоктує воду внаслідок чого глиниста кірка і розчин зневоднюється. При цьому в ній утворюється мережа каналів, якими можуть рухатись флюїди між пластами і догори до устя свердловини [2,3].

         Нами проведені дослідження контракції розширювальних тампонажних цементів на основі суміші тампонажного портландцементу  ПЦТ І-50 і гіпсо-

глиноземистого цементу (ГГЦ).

         Результати дослідження контракції розширювальних тампонажних розчинів наведені в таблиці.

Контракція розширювальних тампонажних сумішей         

Склад суміші, % Контракція в см3 на 100г суміші за час гідратації
ПЦТ ГГЦ 24 години 10 діб 20 діб 30 діб
100 0 1,53 4,6 4,9 5,1
90 10 1,99 4,78 5,17 5,45
80 20 1,3 4,8 5,56 5,86
75 25 1,42 4,84 5,68 6,14
70 30 1,53 4,9 5,92 6,5
60 40 3,85 7,7 7,7 8,2
50 50 1,85 6,1 6,2 6,4
40 60 4,0 4,3 4,83 5,0
30 70 4,35 4,53 4,65 4,9
20 80 3,39 4,35 5,44 5,8
10 90 3,53 5,06 5,57 5,9
0 100 3,58 5,31 5,22 5,17

За даними таблиці видно, що зміна контракції у часі має класичний характер. Контракція у ранній період різко зростає, а після - рівномірно для всіх складів суміші, що дуже важливо для нормального формування тампонажного кільця у затрубному просторі. Зі збільшенням вмісту ГГЦ у суміші контракція збільшується, досягаючи максимуму при 40%, проте абсолютні значення не перевищують розрахункової величини, визначеної В.В. Некрасовим (7-9 см3 на 100г). Варто зауважити, що максимум контракції збігається з максимумом розширення тампонажного розчину (каменю).

         Контракція розширювальних цементів являє собою сумарний результат двох протилежних процесів: зменшення рідкої фази обумовленої гідратацією новоутворень та набухання гелів; збільшення об'єму твердих фаз при цих же процесах. Порівняльне вивчення контракції  та розширення тампонажного розчину (каменю) показало, що розширення є результатом сумісної самостійної гідратації двох і більше твердих фаз, ніби заважаючи одна одній «антагоністів»

Література:

1. Некрасов В.В. Изменение объема системы при твердении гидравлических вяжущих. Известие АН СССР. ОТН. 1945, вып 6, с 14-31.

2. Волженский А.В. и др. Минеральные вяжущие вещества (технология и свойства). Учебник для вузов/ А.В. Волженский, Ю.С. Буров, В.С. Колокольников. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1979. -476с., ил.

3. Булатов А.И., Макаренко П.П., Проселков Ю.М. Буровые промывочные и тампонажные растворы: Учеб. Пособие для вузов. -М.: ОАО «Издательство «Недра». 1999.- 424с.: ил.


Залиште коментар!

Дозволено використання тегів:
<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <code> <em> <i> <strike> <strong>