4 Тампонаж ерітінділері мен тасының қасиеттері
Тампонаж цементтерін сумен араластыру кезінде гидратация реакциясы жүреді, яғни су минералдарға қосылып гидрат қоспасы (гидроалюминат, гидросиликат, кальций гидрогранты) жəне гидролиз реакциясы жүреді. Минералдар гидратациясының жылдамдығы əр түрлі. Үш кальцийлі алюминат пен алит реакциясы қарқынды жүрсе белиттікі бəсеңдеу болады. Гидратация кезінде түзелетін гидрооксидттер құрамы мен олардың сандық қатынасы температураға байланысты болады. Температура, қысым, ұнтақтау дəрежесі көтерілген сайын гидратация реакциясының жылдамдығы өседі. Бұл цемент ерітіндісінің тез қатуына ықпал етеді. Тампонаж ерітінділерінің ұңғыларды цементтеуге жарамдылығы тығыздық, жылжымалылық, қоюлану жəне қатаю мерзімі, седиментациялық тұрақтылық, реалогиялық қасиеттері, цемент тасының өткізгіштігі, беріктігі, коррозияға, температураға төзімділігі сияқты көрсеткіштері бойынша сипатталады.
Цемент ерітіндісі ұңғы ішіндегі цементтелінетін аралыққа айдалып көтерілінгенше тез жылжитын болып қалуы тиіс. Салқын ұңғыларда қолданылатын цемент ерітінділерінің жылжымалылығы АзНИИ конусының көмегімен анықталады (6- сурет). Қиылған конус горизонтальды металл дискаға ұстатылған шкалалы шыныға орналастырылады. Көлемі 120 см3 жаңа дайындалған цемент ерітіндісі конус ішіне толтырылады. Конусты тіке көтеріп, шыны бетіндегі ерітіндінің жайылу диаметрлері (ең кіші жəне үлкен диаметрлері) өлшенеді. Осы екі диаметрдің орташа мəні бойынша цемент ерітіндісінің жылжымалылығына баға беруге болады. Жайылу шеңберінің диаметрі 18 см-ден жоғары ерітінділер қанағаттанарлық деп саналады.
Жоғары температуралы ұңғыларда жылжымалылық консистометр приборының көмегімен анықталынады. Ол тіке ос бойынша айналатын болат сауыттан (8), қалақты рамадан (7), редукторлы (9) электр қозғалтқыштан (10) тұрады (7-сурет).
Редукторлы электр қозғалтқыш кронштейнді (1) тұғырға (11) орналастырылған. Рама осі (6) кронштейнге (1) подшипник (2) арқылы ілінген. Остің бір шеті калибрленген серіппе (3), екінші шеті кронштейінмен жылжымайтындай етіліп байланысқан. Егер сауытқа (8) цемент ерітіндісін құйып, қозғалтқышты қосса, айналым сауыттан, ерітінді арқылы қалақты рамаға беріледі. Прибор тілінің (4) жəне шала (5) көрсетуі бойынша раманың бұралу бұрышын өлшеп, оған түсірілген айналдыру моментін табуға болады. Шкала бөліктері шартты консистенция бірлігімен берілген (ШКБ). Шартты консистенция бірлігі ретінде, сауыт динамикалық тұтқырлығы 1,0 мПа ньютондық сұйықтармен толтырылғандағы рама бұрылатын бұрыш алынады.
Консистенсия (қоюлылық) жылжымалылыққа кері шама. Шартты консистенция бірлігі 10-15 аспайтын ерітінділер жылжымалылығы қанағаттанарлық деп саналады.
6-сурет. АзНИИ конусы
7-сурет. Консистометр схемасы
Гидратациясының жүру барысында, ерітінді консистенциясы өзгеріп, ол қиын айдалатын кезең туады. Мұндай шектік консистенция нүктесі үшін, шартты консистенция бірлігі 30 ШКБ алынады. Цемент ерітіндісін дайындап бастағаннан шартты консистенция бірлігі 30-ға жеткенге дейінгі кезең қоюлану мерзімі деп аталады.
Цемент ерітінділерінің сұйық күйінен жартылай қатты денеге айналу процесін қатаю мерзімінің басталуы жəне соңы арқылы сипаттайды. Цемент ерітінділерінің қатаю мерзімін 900 төмен температурада Вика приборының көмегімен анықтайды. Ол станинадан (7), металл стерженнен (1), диаметрі 1,1 мм ұзындығы 50 мм стерженге ұстатылған инеден жəне шкаладан (2) тұрады (8- сурет). Стержень мен ине массасы 300 г. Стержень (1) станина (7) құрсауында тіке еркін қозғала алады жəне ол станинада бекіту бұрандасы (3) арқылы реттелінеді. Қатаю мерзімін өлшеу алдында, станина тұғырына (6) шыны пластинка орналастырылып, оның үстіне болат сақина қойылады. Бұранданы (3) босатып, инені пластинаға тірелгенше түсіріп, стержендегі белгі шкаладағы нөлге дəл келетін кезең белгіленеді. Содан кейін цемент ерітіндісі дайындалып, сақина (5) іші ерітіндімен толтырылады да, беті сыпырылып алынып тасталады. Сақина беті шыны пластинкамен жабылып, қажетті температурада термостатқа орналастырылады.
Бір сағат өткеннен кейін сақинаны ерітіндісімен термостаттан алып прибор станинасының тұғырына (6) орналастырады да, стерженнің (1), иненің (4) төменгі ұшы ерітінді əйнегінің деңгейіне сəйкес орны белгіленеді, содан кейін бұранданы (3) босатып, ине ерітіндіге енгеннен кейінгі стержендегі белгіні қадағалайды. Содан кейін сақинаны қайтадан термостатқа орналастырып, біраз уақыттан кейін өлшеуді қайталайды. Ерітіндіні дайындап бастаған уақыттан ине сақина ішіндегі ерітінді түбіне 0,5-1,0 мм жетпегенге дейінгі уақыт аралығы қатайып, басталу мерзімі деп аталады. Ал қатаю мерзімінің соңы ретінде, ерітіндіні дайындап бастағаннан ине ерітінді ішіне 1 мм енген кезеңдегі уақыт аралығы алынады.
8-сурет. Цемент ерітінділерінің қатаю мерзімін анықтаушы Вика приборы
Цемент тастарының беріктігін, оның сығылу жəне иілу барысындағы бұзылуға кедергісі бойынша сипаттайды. Цемент тасының иілуге беріктігін өлшеу үшін, өлшемі 20х20х100 мм тік бұрышты призма тəрізді үлгі дайындайды. Үлгі қалып ішінде бір тəуліктей тұщы сумен термостатта немесе гидравликалық ваннада қажетті температурада сақталады. Бір тəуліктен кейін үлгілер қалыптан босатылып, сынауға дейін термостатта суда сақталады. Белгілі уақыттан кейін үлгілерді шығарып алып, тазалап сүртіп, əр қайсысының қима ауданын өлшейді де, сынау машиналарында беріктігін анықтайды. Беріктік мəні ретінде үш өлшеудің орташа мəні алынады. Егер жоғары температураға қолданылатын цементтер болса үлгілерді автоклавта сақтайды.
Цемент тастарының температураға төзімділігі оның беріктігі мен өткізгіштігінің жоғары температурада ұзақ уақыт сақталу кезіндегі өзгеру түрлері бойынша сипатталады. Температура көтерілген сайын гидратация жылдамдығы өсіп, цемент тасының беріктігі жоғары мəніне тез жетеді. Температура жоғары болған сайын цемент тасы қажып, беріктігі тез төмендейді. Цемент тасы коррозияға төзімді деп, ұзақ мерзім қабат сұйықтарымен түйісу барысында беріктігі мен өткізгіштік көрсеткіштері онша төмендемеген жағдайда саналады.