Metnn.ru

Строй портал
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Тампонажные материалы для цементирования обсадных колонн в интервалах залегания ММП

Тампонажные материалы для цементирования обсадных колонн в интервалах залегания ММП

Многолетнемерзлые породы широко распространены на нашей планете и имеются на всех континентах, за исключением Австралии. ММП занимают около 47% территории России. В связи с ростом объемов буровых работ в северных районах приобрели актуальность специфические проблемы, связанные с цементированием обсадных колонн в вечной мерзлоте.

Многолетнемерзлые породы широко распространены на нашей планете и имеются на всех континентах, за исключением Австралии. ММП занимают около 47% территории России. В связи с ростом объемов буровых работ в северных районах приобрели актуальность специфические проблемы, связанные с цементированием обсадных колонн в вечной мерзлоте.

Обычные тампонажные портландцементы непригодны для применения в интервалах ММП, так как они не схватываются, а замерзают при температурах ниже нуля, даже с добавками хлористого кальция, а скорость гидратации при температурах ниже 4°С незначительна.

Если цементный раствор замерзает до начала схватывания, то в нем образуются прожилки льда. При растеплении образца и дальнейшем твердении при положительной температуре лед тает, а прожилки превращается в трещины, количество которых достигает 100 на 1 см2 площади. Трещины являются причиной резкого снижения прочности цементного камня и чрезвычайно высокого роста проницаемости образцов, достигающей 200 мД и более [1].

Таким образом, основным направлением исследований в данной области стала разработка альтернативных тампонажных материалов, соответствующих геолого-техническим условиям цементирования обсадных колонн в интервалах залегания ММП. Среди множества предложенных решений наибольшее распространения получили два типа материалов: на базе высокоглиноземистых цементов и на базе гипсоцементных смесей.

Основным компонентом высокоглиноземистых цементов является моноалюминат кальция CA. Такие цементы обычно схватываются и набирают прочность при низких температурах. Однако они имеют существенные недостатки, среди которых высокое тепловыделение при гидратации, приводящее к растеплению приствольной зоны в процессе ОЗЦ, а также несовместимость их с портландцементом и большинством реагентов, применяемых для обработки тампонажных растворов. Например, хлористый натрий резко замедляет сроки схватывания, а добавка хлористого кальция, напротив, может привести к мгновенному схватыванию цементного раствора. По этим причинам высокоглиноземистые цементы в настоящее время практически прекратили применять для цементирования обсадных колонн.

Наиболее широко в арктических районах Аляски и Канады применяются гипсоцементные тампонажные композиции. В 60-х — 70-х годах ХХ века в фирмой Halliburton были проведены исследования тампонажных материалов для ММП [2] и разработан состав на базе гипсоцементной смеси, получивший широкое распространение под маркой «Permafrost». Далее, аналогичные составы были разработаны другими компаниями. Гипсоцементная композиция была разработана во ВНИИКРнефть и выпускалась под маркой ЦТН [3].

Читайте так же:
Шнек для выгрузки цемента с вагона

Гипсоцементные смеси обладают рядом преимуществ перед другими материалами — способность схватываться и набирать прочность при отрицательных температурах, сохранение прочности цементного камня при воздействии знакопеременных температур, хорошее сцепление, по данным лабораторных исследований, с многолетнемерзлыми породами (смоделированными в лаборатории) и с обсадными трубами. Также гипсоцементным смесям присущи определенные недостатки, главными из которых являются низкая водостойкость гипса и большое водоотделение (и, соответственно, усадка) тампонажного раствора.

Требования, предъявляемые к тампонажному материалу, предназначенному для цементирования интервалов ММП, достаточно полно изложены в работах [4] и [5]. Они были рассмотрены с небольшими изменениями в следующем виде:

— цементный раствор должен схватываться при температуре до -5ºС;

— цементный раствор должен обеспечивать приемлемое, технологическое оправданное время ОЗЦ;

— цементный камень должен приобретать за время ОЗЦ прочность, достаточную для продолжения буровых работ;

— цемент должен иметь низкую теплоту гидратации для уменьшения степени оттаивания мерзлых пород;

— цементный камень должен быть стойким к циклическим изменениям знакопеременных температур;

— цементный камень должен иметь высокую водостойкость (сохранять прочность при хранении в воде).

Кроме того, цементные раствор и камень должны обладать рядом свойств, предъявляемых к тампонажным растворам в целом (седиментационная устойчивость, технологически приемлемое время загустевания и т. д.).

На основе анализа литературных источников, промысловых данных и результатов лабораторных исследований наиболее перспективным материалом была признана гипсоцементная смесь. При этом заданным параметрам тампонажных растворов соответствовал только высокопрочное гипсовое вяжущее, позволяющее получить высокую раннюю прочность и удовлетворительную водостойкость цементного камня.

Анализ рынка и лабораторные испытания показали, что предъявляемым требованиям, как в части обеспечения заданных параметров тампонажных растворов, так и в части соотношения цена/качество, в наибольшей степени отвечает ГВВС для тампонажных растворов (Тампонажный гипс) производства ЗАО «Самарский Гипсовый Комбинат», который и был принят в качестве базового материала для разработки гипсоцементных тампонажных материалов.

Необходимо отметить, что на ЗАО «Самарский Гипсовый Комбинат» был разработан и в настоящее время производится специальный Тампонажный гипс, который рекомендуется для использования в качестве базового компонента составов, предназначенных для цементирования интервалов ММП.

Разрабатывались два варианта композиций: для растворов нормальной плотности — Полицем Фрост, и для облегченных растворов — Полицем Фрост Лайт.

Первоочередной задачей при разработке рецептуры композиции был поиск эффективного замедлителя схватывания гипса, который позволил бы получить приемлемое время загустевания тампонажного раствора, при этом не влиял отрицательно на прочностные показатели цементного камня, а также имел приемлемую стоимость. В связи с последним требованием рассматривались только реагенты отечественного производства.

Читайте так же:
Чем замазать печку глиной или цементом

Путем применения специальных добавок к Тампонажному гипсу была реализована высокая водостойкость цементного камня. Кроме того, введение данных добавок позволило значительно повысить седиментационную устойчивость тампонажных растворов, сведя водоотделение и усадку практически к нулю. Лабораторные исследования показали, что при хранении образцов Полицем Фрост в воде в течение 90 суток снижения прочности не происходит. Водостойкость цементного камня на базе Полицем Фрост представлена на рис. 1.

Таким образом, были разработаны две рецептуры тампонажных смесей для цементирования интервалов ММП, параметры которых, а также растворов на их основе, не уступают (а по ряду показателей и превосходят) решениям зарубежных компаний, представленным на рынке в настоящее время. При этом состав композиций полностью представлен компонентами отечественного производства, что положительно сказывается на цене конечного продукта. Основные показатели растворов и цементного камня на базе тампонажных материалов Полицем Фрост и Полицем Фрост Лайт приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные технологические показатели цементных растворов и камня на базе материалов Полицем Фрост и Полицем Фрост Лайт

Пластификаторы для бетона: Цитрат Натрия

Современные тенденции развития стройиндустрии последних лет определяются возрастанием требований к эффективному, экономному и рациональному использованию материально-энергетических ресурсов. В первую очередь это касается основ капитального строительства — изготовления монолитных и сборных бетонных и железобетонных конструкций.

Использование специальных добавок является определяющим фактором в решении этого вопроса при производстве бетоно-растворных смесей. Специалисты прогнозируют возрастание доли бетонов с добавками до половины от общего объема. Основными добавками будут пластификаторы, как по отдельности, так и в сочетании с противоморозными, гидрофобизирующими, стабилизирующими, повышающими плотность бетона, регулирующими скорость твердения и другими.

Назначение пластификаторов для бетона

Использование пластификаторов позволяет:

  • получить высокоподвижные бетонные смеси, укладываемые без вибратора;
  • понизить содержание воды бетона;
  • изменить время застывания;
  • увеличить прочность бетона;
  • экономить цемент до 20%;
  • существенно увеличить сроки твердения;

Бетонные пластификаторы: причины их применения.

В экономическом плане пластификаторы для бетона оказывают положительное влияние на:

  • сокращение времени и интенсивности вибрации вплоть до отказа от вибрации;
  • сокращение времени на формирование изделия или конструкции;
  • сокращается время высыхания;
  • экономия электроэнергии;
  • снижение трудозатрат;
  • улучшение поверхности изделий;
  • улучшение условий труда, снижение уровня шума и вибрации;
  • увеличение производительности труда.
Читайте так же:
Почему лопается цемент при высыхании

Пластификатор используется в бетоне для подачи его по напорным трубам, для создания высокопрочных конструкций на рядовых цементах, для создания густоармированных конструкций, для создания массовых типовых железобетонных изделий. Особое значение имеет пластификатор как замедлитель схватывания бетона верхового слоя, когда происходит возведение монолитных бетонных и железобетонных конструкций.

Цитрат натрия – замедлитель схватывания бетона

Пластификаторы по своей сути являются веществами, обладающими поверхностно-активными свойствами, увеличивающими подвижность бетонной смеси. Добавки-пластификаторы осаждаются на зернах цемента и адсорбируются на них, создавая при этом эффект отталкивания. При этом количество воды уменьшается, а технические характеристики улучшаются. Однако структурообразование и отвердение бетона замедляется.

Пластификаторы, как замедлители схватывания имеют большое значение в практическом применении. Замедлитель схватывания бетона необходим при транспортировании, при подаче по трубопроводу растворной станцией, при монолитной укладке бетона в летнее время, при циклической заливке бетона, при технологических перерывах.

Замедлители затвердения создаются на основе органических веществ — мелассы, молочной сыворотки и как комплексы неорганических веществ — соли, щелочи, смолы.

Цитрат натрия как пластификатор бетона

Одной из составляющих в пластификаторах, используемых в нашей стране является цитрат натрия. История использования цитрата натрия восходит к далекому 1914 году, когда он был использован в качестве антикоагулянта крови, останавливая ее свертываемость за счет адсорбации на ионах кальция, отвечающего за свертываемость. Спустя более полувека был использован цитрат натрия для бетона. Его способность к адсорбации позволяет использовать отечественные добавки-пластификаторы. Цена на импортные добавки выше, к тому же российские пластификаторы-замедлители адаптированы к нашим цементам, а качество сопоставимо.

Замедлители схватывания бетона в Москве

  • Мастики
  • Цемент
  • Добавки в строительные смеси и растворы

Isomat Bevetol-VZ замедлитель схватывания бетона (20 кг)

Ускоритель твердения бетона Альфабетон 5 л

Добавка в бетон лахта КМД PRO /18кг/

Комплексная добавка Sikament-1 Rapid (суперпластификатор и ускоритель твердения для бетона и растворов, 5л)

Суперпластификатор для бетонов и растворов Goodhim InterPlast АТ 92817

Жидкий замедлитель схватывания (высыхания) для MB 2K REMMERS VZ MB (1л)

Кальматрон-Д добавка в бетон /10кг/

Isomat Ускоритель схватывания бетона ADINOL-RAPID 20 кг

Супер-Пластификатор для бетона, CemPlast, 5 л

Добавка противоморозная Sika Antifreeze N9 1 л

Добавка пластификатор Cemmix CemStone 1 л

Добавка пластификатор Мономах Standart для создания самоуплотняющихся бетонных смесей 10л

Добавка пластификатор Cemmix CemStone 5 л

Добавка пластификатор Гермес для получения самоуплотняющихся смесей и бетонов повышенной плотности 5 л

Читайте так же:
Автомобильная цистерна для перевозки цемента

Оптимист оптипласт пластифицирующая добавка для бетонов и строительных растворов суперпластификатор С-3 C409

Суперпластификатор для бетонов и растворов Goodhim InterPlast АТ 2

Isomat Adinol Rapid/Изомат Адинол Рапид ускоритель схватывания бетона, противоморозная добавка

Добавка пластификатор Cemmix CemFix 5 л

Добавка пластификатор Гермес для получения самоуплотняющихся смесей и бетонов повышенной плотности 10 л

Суперпластификатор для бетонов и растворов Goodhim InterPlast АТ 92824

Пластификатор для цементных растворов и бетона, 10 л

Скорость схватывания цемента.

По стандарту начало схватывания цемента должно наступать не ранее 45 мин, а конец — не позднее 12 ч от начала затворения. Как слишком быстрое, так и чересчур медленное схватывание существенный недостаток цемента. Если цемент слишком быстро схватывается, то он превращается в камневидное тело прежде чем его успевают употребить в дело. При работе с такими цементами необходимо быстро их транспортировать и укладывать после затворения водой, что очень трудно. Использование же медленно схватывающихся цементов часто сильно замедляет темпы строительства.

Скорость схватывания цемента зависит от ряда факторов. Большое значение имеет его минералогический состав, в особенности содержание трехкальциевого алюмината, который ускоряет схватывание. Степень обжига цементного клинкера также влияет на скорость схватывания. Сильно обожженный цемент схватывается медленнее, а слабо обожженный — быстрее, чем цемент нормального обжига. С увеличением тонкости помола ускоряется схватывание цемента вследствие большей удельной поверхности цементного порошка. Повышенное количество воды при затворении цемента замедляет его схватывание, а уменьшенное — ускоряет. С повышением температуры окружающей среды процесс схватывания ускоряется, а с понижением — замедляется. Магазинирование клинкера и силосование цемента замедляют схватывание, так как при хранении цемент реагирует с влагой и углекислой воздуха, в результате чего зерна цемента покрываются оболочкой, состоящей из углекислого кальция и других новообразований, а это затрудняет взаимодействие цемента с водой при затворении.

Для замедления сроков схватывания цемента к клинкеру при помоле добавляют гипс, однако количество его должно быть таким, чтобы содержание SО3 в цементе не превышало 3,5%, что в пересчете на CaS04*2Н2О составляет -7,53%, а на CaS04*О,5Н2О — 6,34%. Следует всегда учитывать, что сам клинкер содержит некоторое количество SО3. Величина оптимальной дозировки гипса зависит от минералогического состава клинкера, тонкости помола и некоторых других факторов и в ряде случаев приближается к верхнему пределу допускаемого стандартом, а в отдельных случаях, при большом содержании С3А и весьма тонком помоле, может даже превышать его. Объясняется это тем, что гипс добавляют цементу в первую очередь для того, чтобы, вступая во взаимодействие с трехкальциевым алюминатом, образовывать в начальный период твердения (до получения жесткой недеформирующейся структуры твердеющего цементного камня) гидросульфоалюминат, что регулирует (замедляет) сроки схватывания цемента и улучшает ряд его свойств. Наряду с этим следует учитывать, что при твердении цемента, содержащиеся в нем алюмоферриты хотя и медленнее, но также вступают во взаимодействие с гипсом, связывая определенное его количество в комплексные новообразования. Количество гипса, вступающего в реакцию с алюминатами и алюмоферритами кальция, зависит от тонкости помола цемента, температуры его при выходе из мельницы, режима охлаждения и связанного с этим содержания в клинкере стекловидной фазы степени присадки золы и ее состава, а также от ряда других производственных факторов. Поэтому для каждого завода оптимальная дозировка гипса будет иной.

Читайте так же:
Состав цементного раствора для дома

Большой избыток гипса может привести к появлению внутренних напряжений, иногда вплоть до образования трещин вследствие запоздалого появления гидросульфоалюмината кальция в уже затвердевшем цементном камне за счет твердых исходных компонентов. При недостаточном количестве гипса не удается использовать все заложенные в цементе возможности для быстрого твердения; такой цемент чересчур быстро схватывается. Следует отметить, что добавка гипса также благоприятно влияет на процесс твердения содержащихся в цементе силикатов кальция. Поэтому ограничено и минимальное содержание SО3 не менее 1,5%.

Серьезное значение имеет нагревание цемента при помоле, так как вследствие развивающейся при этом температуры гипс в той или иной степени переходит из двуводного в полуводный, т. е. в модификацию, значительно более растворимую в воде, что изменяет условия твердения цемента.

Дозировку добавляемого гипса целесообразно определять исходя из того его количества, которое связывается в первые сроки твердения, когда реакции происходят за счет растворенных в воде компонентов. За оптимальную дозировку гипса, в случае твердения при обычных температурах, можно принять то наибольшее его количество, которое практически может быть химически связано в твердеющем цементе в течение первых 24 ч после затворения цемента водой.

Добавками, ускоряющими сроки схватывания, являются: хлористый кальций, соляная кислота, глиноземистый цемент, растворимое стекло, углекислый натрий (сода) и ряд других. К замедлителям схватывания наряду с гипсом относятся слабый раствор серной кислоты, сернокислое окисное железо и ряд других.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector