Обоснование возможности использования отходов в технологии тампонажных цементов

Abstract

Рассмотрены характеристики тампонажного цемента, исходя из влияния среды, в которой его используют. Тампонажные цементы должны характеризоваться необходимой прочностью в первые двое суток твердения. Прочность затвердевшего цементного раствора в краткие сроки твердения должна обеспечить закрепление колонны в стволе скважины, необходимую ее устойчивость при разбуривании и перфорации, эффективную изоляцию от проницаемых пород. Рассмотрено влияние состава фазового клинкера на свойства тампонажного цемента, влияние добавок для улучшения его физико-химических характеристик, особенности формирования цементного камня при гидратации. Влияние водоцементного отношения на скорость твердения достаточно существенно. При постоянном фазовом составе клинкера уменьшенное содержание воды приводит к более быстрому образованию необходимого пересыщения раствора и возникновению "стесненных" условий, а, следовательно, к ускорению сроков схватывания растворов. Таким образом, анализ применяемых тампонажных композиций показывает, что их расширение в основном происходит за счет увеличения объема продуктов гидратации цемента. Расширение происходит тогда, когда окружающей средой растущего кристалла является твердая фаза или жидкость в замкнутых порах. Величины расширения и самонапряжения определяются прочностью и пластичностью твердеющей структуры. Сравнение эксплуатационных характеристик указывает на возможность замены части цементного клинкера на отходы химической промышленности. Введение в структуру цементного клинкера хромитных и ферритных добавок улучшает его физико-химические характеристики, а на многих промышленных предприятиях образуются отходы, которые по своему химическому составу могут быть использованы в качестве исходного сырья при производстве вяжущих материалов специального назначения с комплексом заданных свойств. Утилизация таких отходов позволит не только улучшить экологическую обстановку, но и сэкономить природные ресурсы. Поскольку для многих газоносных регионов характерными являются высокие температуры в скважинах, то актуальным является разработка тампонажных цементов с повышенными температурами эксплуатации, что требует введения в состав цемента жаростойких фаз.

Розглянуто характеристики тампонажного цементу, виходячи з впливу середовища, в якому його використовують. Тампонажні цементи повинні характеризуватися необхідною міцністю в перші дві доби твердіння. Міцність затверділого цементного розчину у початкові терміни твердіння повинна забезпечити закріплення колони в стовбурі свердловини, необхідну її стійкість при розбурюванні і перфорації, ефективну ізоляцію від проникних порід. Розглянуто вплив складу фазового клінкеру на властивості тампонажного цементу, вплив добавок для поліпшення його фізико-хімічних характеристик, особливості формування цементного каменю при гідратації. Вплив водоцементного відношення на швидкість твердіння достатньо істотний. При постійному фазовому складі клінкеру зменшення вмісту води призводить до більш швидкого утворення необхідного пересичення розчину і виникненню «обмежених» умов, а отже, до прискорення термінів тужавіння розчинів. Таким чином, аналіз застосовуваних тампонажних композицій показує, що їх розширення, в основному, відбувається за рахунок збільшення обсягу продуктів гідратації цементу. Розширення відбувається тоді, коли навколишнім середовищем зростаючого кристала є тверда фаза або рідина в замкнутих порах. Величини розширення і самонапруження визначаються міцністю і пластичністю твердючої структури. Порівняння експлуатаційних характеристик вказує на можливість заміни частини цементного клінкеру на відходи хімічної промисловості. Введення в структуру цементних клінкеру хромітних і феритних добавок покращує його фізико-хімічні характеристики, а на багатьох промислових підприємствах утворюються відходи, які за своїм хімічним складом можуть бути використані в якості вихідної сировини при виробництві в’яжучих матеріалів спеціального призначення з комплексом заданих властивостей. Утилізація таких відходів дозволить не тільки поліпшити екологічну обстановку, але і заощадити природні ресурси. Оскільки для багатьох газоносних регіонів характерними є високі температури в свердловинах, то актуальним є розробка тампонажних цементів з підвищеними температурами експлуатації, що вимагає введення до складу цементу жаростійких фаз.