Утяжеленные тампонажные цементы и растворы

Подбор рецептур тампонажных растворов для цементирования скважин с аномально высокими пластовыми давлениями связан с большими трудностями в результате отсутствия специальных утяжеленных цементов. Такие цементы готовят на буровом предприятии смешением тампонажного цемента и утяжеляющей добавки - кварцевого немолотого песка, магнети- тового песка. Как правило, качество этих смесей неудовлетворительное, приготовление их связано с большими затратами. Кроме того, смеси на основе немолотых утяжеленных добавок дают нестабильный, седиментационно- неустойчивый раствор, что сказывается как на технологии затворения раствора, так и на качестве цементирования скважин.

В последнее время для цементирования скважин с аномально высокими давлениями разработаны и изготовляются заводским способом утяжеленные цементы, представляющие собой тщательно приготовленную смесь вяжущего материала и утяжеляющей добавки.

Утяжеленный цемент для умеренно высоких температур

Утяжеленный цемент (УЦГ) предназначен для цементирования скважин при температуре выше 100 °С. Вяжущей основой его служит портландцемент или тампонажный цемент по ГОСТ 1581-85, утяжелителем - измельченная железная руда.

Последняя выбирается в качестве утяжеляющей добавки вследствие ее относительно высокой плотности, а также способности Ре₂0₃ образовывать высокопрочные ферритные и алюмоферритные гидрогранаты, устойчивые в сульфатных водах.

Сроки схватывания растворов из цементно-рудной смеси (табл. 5.8) определяются схватыванием цемента и мало изменяются от добавки руды. Так, при температуре 20 °С начало схватывания раствора из чистого цемента 9 ч, а начало схватывания раствора из смесей цемент - руда 50:50 и 40:60 изменяется в пределах 8 ч 30 мин -9 ч. При температуре 75 °С характер изменения сроков схватывания аналогичен.

На рис. 5.6 показано изменение прочности камня, твердевшего 3 суток при температуре 20 °С (а) и 2 суток при температуре 75 °С и атмосферном давлении (б), в зависимости от содержания в цементе руды и ее удельной поверхности. При 20 °С прочность на изгиб при содержании руды в смеси 50 и 60 % уменьшается на 10 и 20 % соответственно по сравнению с прочностью «чистого» цемента. Дальнейшее увеличение добавок руды (до 70 %) приводит к снижению прочности на изгиб до 50 % и более. Прочность на сжатие уменьшается при добавке руды более интенсивно: на 14 %, когда содержание руды в смеси 50 %, и на 40 %, когда добавка руды составляет 60 %.

При температуре 75 °С двухсуточная прочность камня на изгиб и сжатие уменьшается приблизительно пропорционально добавке руды. Снижение прочности в интервале добавок руды от 0 до 70 % составляет 0,85 % на каждый процент добавки руды.

На рис. 5.5 и 5.6 показана зависимость прочности камня от удельной поверхности руды. С увеличением тонкости помола руды прочность камня незначительно снижается.

Удельная поверхность руды практически не влияет на прочность камня, сформировавшегося из цементного раствора с равной растекаемо- стью. С увеличением тонкости помола руды газопроницаемость камня несколько повышается.

Таблица 5.8

Сроки схватывания утяжеленных растворов, полученных из смесей краматорского портландцемента и молотой руды

На рис. 5.8 показана зависимость плотности раствора и водосмесево- го отношения от удельной поверхности и содержания руды в смеси.

С увеличением тонкости помола руды прямо пропорционально возрастает водосмесевое отношение и уменьшается плотность раствора. Приведенный график может служить для подбора рецептуры смеси при заданной плотности раствора.

Для изготовления УЦГ в качестве вяжущей составляющей пригодны тампонажные и строительные портландцемента, отвечающие требованиям ГОСТ 1581-85 по срокам схватывания и растекаемости раствора.