Snabzhenec-ufa.ru

Строительные материалы
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Механическая прочность цементного камня

Хавкин А.Я.

Нарушение герметичности цементного кольца, как в результате некачественного первичного цементирования, так и в результате физико-химического воздействия на уже сформировавшийся цементный камень, приводит к преждевременному попаданию в продукцию скважин подошвенных вод, газо-водо-нефте-перетокам, образованию грифонов, загрязнению горизонтов с пресной водой и т.п. Экологическое состояние нефтедобывающего региона может стать в этом случае катастрофическим, а затраты на ликвидацию последствий становятся сопоставимы с первичными затратами на ввод месторождения в эксплуатацию.

Цементный камень наряду с достаточной механической прочностью, расширением, высокой адгезией к металлу и породе, должен обладать и минимальной пористостью. Все это зависит от технологии приготовления цементного раствора. С целью уменьшения влияния неблагоприятных факторов на формирование непроницаемого цементного камня разработаны и используются различные технические средства: от механических перемешивателей до электроимпульсного воздействия. Но в промысловых условиях большинство разработок не находят достаточно широкого использования из-за низкой технологичности.

Метод обработки магнитными полями цементного раствора или воды затворения цемента известен, но требовал времени воздействия магнитного поля на цементный раствор до 10 мин. Водоотдача при этом снижается до 67%. Если бы этот метод нашѐл практическое использование при креплении скважин, то было бы сэкономлено огромное количество химических реагентов при лучшем качестве крепления. Но ограничением было время обработки.

Анализ механизма влияния магнитного поля на цементный раствор показал, что магнитное поле воздействует главным образом на агрегаты ферромагнитных частиц [1], которых в цементе содержится 3-5%. Под действием магнитного поля происходит эффективное их разделение на множество мелких частиц, состоящих главным образом из трехвалентного железа. Эти частицы увеличивают количество центров кристаллизации в цементном растворе, происходит его активация, что в итоге улучшает физико-механические свойства цементного камня и тампонирующую способность цементного раствора, а, следовательно, и качество цементирования. Для реализации этого механизма было предложено оригинальный способ воздействия на цементный раствор. Физико-механические свойства цементного камня, полученного из раствора, обработанного в лабораторных условиях с помощью магнитного поля, изменились следующим образом. Плотность цементного камня увеличилась на 5%, прочность на разрыв – в 2,3 раза, прочность на сжатие – на 3%, стабильность – на 5%, растекаемость уменьшилась на 11% [2]. Отметим, что прочность на разрыв, увеличившаяся в 2,3 раза, определяет стабильность цементного камня при перфорации, гидроразрыве, деформации колонн.

Читайте так же:
Экспресс методы определения активности цемента

Добавление в цемент нанодисперсных модификаторов позволяет повысить прочность бетонов и пенобетонов [3, 4]. При этом для низкомарочных мелкозернистых бетонов, в которых прочность определяется не параметрами заполнителя, а, в основном, свойствами цементного камня, упрочнение может быть двукратным, а для высокомарочных составляет 20-30% от исходной прочности.

Как показали исследования, добавка различных углеродосодержащих наноструктур в количестве менее 0,1% позволяет повысить прочность цементного камня в 1,5-2 раза. Технология изготовления нанобетонов не требует нового технологического оборудования, что увеличивает их стоимость не более чем на 10-20%. Уровень цены нанобетонов, устойчивых к трещинообразованию – 60-80 $/м3 [3-5].

Преимущества нанобетонов обусловлены особой структурой, формируемой вследствие самоорганизации цементного камня на наноуровне. Разные типы нанобетонов можно использовать при разных технологических операциях на скважинах. Так, плотные нанобетоны бессмысленно использовать в зоне продуктивных пластов и желательно в зоне питьевых горизонтов. Огнеупорные нанобетоны полезно будет использовать в скважинах, где запланированы термотехнологии. В целом, применение нанобетонов в нефтегазовой отрасли даст большой экономический и экологический эффект. При этом совмещение магнитной обработки цементных растворов и добавки в них фуллероидов даст значительный синэнергетический эффект, повышая качество бетонов [6, 7]. Весьма эффективным является применение нанобетонов с магнитной обработкой в гражданском и промышленном строительстве.

1. Лесин В.И., Дюнин А.Г., Хавкин А.Я. Изменение физико-химических свойств водных растворов под влиянием электромагнитного поля // Журнал физической химии, 1993, т. 67, № 7, с.1561-1562.

2. Василенко И.Р., Лесин В.И., Хавкин А.Я. Способ обработки тампонажного раствора и устройство для его осуществления // Патент РФ № 2117750, приоритет от 10.09.96, Б.И., 1998, № 2.

3. Данюшевский В.С., Алиев Р.М., Толстых И.Ф. Справочное руководство по тампонажным материалам // М., Недра. 1987, с.26-27.

Читайте так же:
Рива стеклоиономерный цемент инструкция

4. Активность наноструктур и проявление ее в нанореакторах полимерных матриц и в активных средах / Кодолов В.И., Хохряков Н.В., Тринеева В.В., Благодатских И.И. // Химическая физика и мезоскопия, 2008, т. 10, № 4, с.448-460.

5. Патрикеев Л.Н. Нанобетоны // Наноиндустрия, 2008, № 2, с.14-15.

6. Хавкин А.Я. Способ повышения качества цементных растворов (варианты) //Патент РФ № 2396425, приоритет от 06.04.2009, Б.И., 2010, № 22.

7. Хавкин А.Я. Наноявления и нанотехнологии в добыче нефти и газа / под ред. член-корр. РАН Г.К.Сафаралиева // М., ИИКИ, 2010, 692с.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector