54. Свойства цементного раствора и методы определения.
1. Водоцементное отношение
Для большинства цементов, выпускаемых по ГОСТ В/Ц принимается 0,5. Если используются цементы, соответствующие стандарту американского нефтяного института, то для цемента класса G В/Ц=0,44; для класса H В/Ц=0,38. При входном контроле цемента все испытания проходят при одинаковом В/Ц, хотя для использования при цементировании цементы могут иметь другие водоцементные отношения, которые подбираются с получить конкретные свойства цементного раствора.
2. Растекаемость
Характеризует подвижность цементного раствора и в определенной степени показывает возможность его применения. Определяется с помощи конуса АзНИИ. Согласно ГОСТ, растекаемость цементного раствора при водоцементном отношении 0,5 должна быть не менее 20 см.
Растекаемость зависит от водоцементного отношения (прямо) и удельной поверхности цемента (обратно).
3. Прокачиваемость
Определяется с помощью консистометров и позволяет определить время подвижного состояния цементного раствора в процессе его течения. Консистометр состоит из стакана, в котором находится шток с лопаткой, причем шток подпружинен. Скорость вращения стакана подбирается таким образом, чтобы она моделировала поведение раствора при его движении в затрубном пространстве. По мере загустевания раствора угол закручивания штока увеличивается, что отражается на соответствующей диаграмме в условных единицах Бердена: Вс. Считается, что раствор может быть нормально закачан и продавлен в затрубное пространство, если его консистенция не превышает 30 единиц. За время прокачивания принимают время от момента затворения до того, как консистенция достигнет 30 Вс. Это время должно на 25% превышать время цементирования. В настоящее время используются атмосферные консистометры, позволяющие проводить испытания до 95 градусов и атмосферном давлении, а также высокотемпературные, позволяющие проводить испытания при температуре до 200С и давлении до 500 Мпа. Моделируя температурный режим и давление при закачке первой порции цементного раствора, можно полностью смоделировать поведение цементного раствора при цементировании.
4. Сроки схватывания
Определяются иглой Вика.
Влияние различных факторов на сроки схватывания цементного раствора
Если разбить процесс твердения цемента на различные стадии, а именно:
1.Растворение зерна цемента
2.Образование пересыщенного раствора
3.Образование продуктов твердения в виде кристаллов различной формы и размеров
4.Срастание кристаллов между собой и заполнение пространства между крупными кристаллами мелкими, и соответствующее упрочнение структуры,
То самой медленной стадией будет первая, которая описывается уравнением Аррениуса:
,
где
– скорость растворения
Где:k – константа скорости растворения
S – удельная поверхность
– степень
пересыщения
Замедляя или ускоряя самую медленную стадию, можно замедлить или ускорить скорость всего процесса.
5. Плотность цементного раствора
Рассчитывается
по формуле:
Измеряют плотность с помощью ареометра или рычажных весов. По стандарту API плотность может измеряться под давлением.
Для увеличения плотности можно:
1) Увеличить содержание твердой фазы.
Можно добавить утяжелители, однако с увеличением числа любой добавки всегда снижается прочность камня. Поэтому, количество утяжелителей в растворах редко превышает 40-60%. Если используется барит, то можно получить плотность твердой фазы 3600 кг/м3 при добавке 50%. При этом плотность получаемого раствора при постоянстве других показателей может составить 2000 кг/м3 вместо 1850. Если использовать более тяжелые утяжелители: гематит, галенит и т.п., возникнет другая проблема: осаждение утяжелителя при приготовлении и закачке цементного раствора. Поэтому, при использовании тяжелых утяжелителей в раствор вводят небольшое количество структурообразователей. Можно увеличить плотность цементного раствора за счет увеличения плотности жидкой фазы: использования рассолов, формиатов для затворения раствора. Но при этом добавление солей может негативно сказываться на твердение растворов.
2) Снижение водоцементного отношения
Можно повысить плотность при В/Ц = 0,3 до 2000кг/м3, кроме того, уменьшение содержания воды всегда уменьшает подвижность раствора и сокращает сроки схватывания. Поэтому данную технологию применять можно при одновременной добавке пластификаторов и замедлителей твердения.
Облегчение:
1) Добавление глины вместо цемента
2) Добавка микросфер
3) Увеличение В/Ц