|
151 Таблица 3.3 Водоотделение тампонажных растворов Удельное водоотделение, % Завод-изговитель цемента Вид и количество добавки Портландцементы Алексеевский Броцевский Брянский Ново-Здолбуновский Себряковский Араратский Еманжелинский Себряковский I Еманжелинский Ново-Здолбуновский Себряковский Опока 1 11-14% 1 Трепел 4,5 -известняк 1,5% Трепел+шлак 15% Опока 6% Шлак 8% бездобавочный бездобавочный бездобавочный Шлакопортландцементы Гранулированный шлак 40% Гранулированный шлак 50% Гранулированный шлак 58% 3,4 2,6 3,9 8,3 9,5 4,5 4,5 8,5 5,6 7,9 5,1 f цементировании обсадных колонн количество воды увеличивается до 45-50% от веса сухого цемента. При этом цементный раствор представляет собой плотную высококонцентрированную суспензию частиц, находящихся во флокулентном состоянии, т.е. хлопьевидном. Цементные зерна в начальный период обладают невысокой силой сцепления между собой, а суспензионная среда невысокой вязкостью. Вследствие этого твердые составляющие оседают, а вода затворения поднимается вверх. В результате осаждения дисперсных частиц твердой фазы имеет место рас t слоение раствора и образование водяных поясов. Кроме того, за счет вытеснения жидкой фазы из нижележащих слоев и ее подъема вверх образуются каналы преимущественно вертикального направления. При малой седиментационной устойчивости раствора возможно образование сообщающихся между собой каналов настолько больших размеров, что даже при полной гидратации тампонажного цемента |
11 вмещающей среды (диаметр, зазор цилиндра, состояние контактной поверхности, положения в пространстве и др.) и условий окружающей среды (Р, Т и др.) /28, 93/. По литературным данным для повышения седиментационной устойчивости тампонажных растворов может быть рекомендован весь комплекс мероприятий по снижению их водоотдачи. Важное значение имеет также правильный выбор времени начала схватывания и загустевания раствора с таким расчетом, чтобы момент окончания продавливания раствора оказался по возможности близким к началу схватывания. В процессе седиментации увеличивается проницаемость структуры, особенно, для растворов пониженной устойчивости (с большим запасом мобильной воды затворения и медленным развитием структурной прочности). В работе /28/ показано, что цементная смесь представляет собой в течение «скрытого» периода (т.е. когда слабо развиты процессы гидратации минералов цемента) плотную суспензию частиц, находящихся в (хлопьевидном) флокулентном состоянии. Благодаря этому, смесь обладает некоторой прочностью, что видно из ее реологических свойств, но так как цементные зерна и продукты гидратации в начальный период обладают невысокой силой сцепления между собой, а суспензионная среда невысокой вязкостью, то вся смесь является неустойчивой по отношению к силе тяжести. Хотя самые крупные частицы в сотни раз больше самых мелких, все они оседают с одинаковой скоростью. Если седиментация заканчивается в течение «скрытого» периода, то концентрация частиц в конечном осадке определяется только физическими факторами. Авторами /25, 27/ было установлено, что седиментация в тампонажных смесях (В/Ц > 0,65) происходит практически без относительного перемещения отдельных твердых частиц. Структуированная, твердая масса сползает относительно неподвижной стенки сосуда. Величина максимального перемещения седиментирующей составляющей определяется проницаемостью седиментирующего тела, вязкостью воды затво Таблица 3.3. Водоотделение тампонажных растворов Завод-изговитель цемента Вид и количество добавки Удельное водоотделение, % Портландцементы Алексеевский Броцевский Брянский Ново-Здолбуновский Себряковский Араратский Еманжелинский Себряковский Опока 1 11-14% 1 Трепел 4,5 ^известняк 1,5% Трепе л+шлак 15% Опока 6% Шлак 8% бездобавочный бездобавочный бездобавочный Шлакопортландцементы Еманжелинский Ново-Здолбуновский Себряковский Гранулированный шлак 40%) Гранулированный шлак 50% Гранулированный шлак 58%) 5,6 7,9 5,1 3,4 2,6 3,9 8,3 9,5 4,5 4,5 8,5 ментировании обсадных колонн количество воды увеличивается до 45-50%) от веса сухого цемента. При этом цементный раствор представляет собой плотную высококонцентрированную суспензию частиц, находящихся во флокулентном состоянии, т.е. хлопьевидном. Цементные зерна в начальный период обладают невысокой силой сцепления между собой, а суспензионная среда невысокой вязкостью. Вследствие этого твердые составляющие оседают, а вода затворения поднимается вверх. В результате осаждения дисперсных частиц твердой фазы имеет место расслоение раствора и образование водяных поясов. Кроме того, за счет вытеснения жидкой фазы из нижлежащих слоев и ее подъема вверх образуются каналы преимущественно вертикального направления. При малой седиментацион 81 НОЙ устойчивости раствора возможно образование сообщающихся между собой каналов настолько больших размеров, что даже при полной гидратации тампонажного цемента в камне останутся сообщающиеся между собой каналы. Диаметр, длина и количество каналов зависят от ряда факторов. К ним следует отнести размер частиц твердой фазы, водоцементное отношение, скорость гидратации и структурообразования, величину пластового давления и др. Размер частиц твердой фазы может быть оценен средним эффективным радиусом, или удельной поверхностью вяжущего. Чем меньше удельная поверхность тампонажного материала, тем выше седиментационная устойчивость раствора. С уменьшением водоцементного отношения седиментационная устойчивость также возрастает. Поскольку при этом подвижность раствора резко уменьшается, а его плотность растет, то данный технологический прием не всегда применим. Для того, чтобы повысить седиментационную устойчивость тампонажного раствора, не ухудшая его реологических параметров, необходимо дисперсную среду (воду затворения) перевести в структуированное состояние таким образом, чтобы при увеличении статической вязкости, динамическая вязкость оставалась неизменной. Данного эффекта можно достигнуть, вводя в тампонажную смесь добавку СаО и СаСОз. При взаимодействии СаО с водой образуются аморфизированные коллоидные частицы Са(0Н)2. Благодаря высокой дисперсности на их поверхности адсорбируется значительное количество свободной воды. Причем, если первый молекулярный слой воды на поверхности твердой фазы связан силами иондипольного взаимодействия, то последующие слои молекул воды связаны силами дипольдипольного взаимодействия. Это обеспечивает структурообразование значительных количеств воды, но в то же время в виду малой энергии связи между слоями, в процессе прокачки тампонажного раствора связи разрушаются и поэтому прокачиваемость раствора не ухудшается. Аналогичный эффект дос |