6. Водоотдача цементного раствора

Управляемый фактор	Действие	Побочное действие
Увеличение поверхность вяжущего	Помол цемента, Добавка высокодисперсных в-в	Загущение раствора. Потеря подвижности
Загущение жидкой фазы	Добавка КМЦ, ММЦ, КМОЭЦ, ПАА, Гивпан и др.	Загущение раствора. Потеря подвижности
Снижение В/Ц	Уменьшение воды	Загущение раствора. Потеря подвижности
Структурирование воды	Добавка СаО, Мел	-
Кольматация фильтра	Добавка ПВС-ТР др. Управляемая кольматация	Сохраняется водоотделение

Водоотдачу цементного раствора можно измерять с помощью ВМ-6 при 0,1 МПа или на фильтр-прессах при перепадах 0,7-7 МПа. Цементные растворы обладают очень плохой водоудерживающей способностью по сравнению с буровыми растворами. Поэтому свободная вода может из них отфильтровываться в течение 1-2 минут. Поэтому для цементных растворов определяют условную водоотдачу, получаемую интерполяцией графика водоотдачи на 30 минутный интервал. По стандарту API если водоотдача составит менее 100 мм за 30 минут, то эти растворы считаются растворами с низкой водоотдачей. Большой считается водоотдача более 500 см³ за 30 минут. Таким образом, водоотдача может привести к загрязнению продуктивного пласта или к обезвоживанию раствора при его закачке и продавке, его преждевременному загустеванию, росту давлений, гидроразрыву

Пути снижения водоотдачи:

1) Увеличение удельной поверхности увеличением помола, добавлением глины.

2) добавление сополимеров для уменьшения проницаемости

7. Водоотделение цементного раствора.

Водоотделение характеризует седиментационную устойчивость раствора, это способность раствора не расслаиваться в состоянии покоя. Определяется по водоотделению в течению 0,5 часа из раствора объемом 250 мл, причем количество выделенной воды не должно превышать 8 мл. В состоянии покоя частицы цемента оседают, а вода, поднимаясь вверх, может промывать в твердом растворе каналы, которые не зарастут при дальнейшем твердении раствора. В затрубном пространстве твердые частицы накапливаются над муфтой обсадной трубы, образуя зону с пониженным В/Ц. При измерении водоотделения в наклонных цилиндрах его величина в 2-3 раза превышает показания в вертикальном цилиндре. Причиной может быть образование пристенного канала. Еще большие проблемы с водоотделением может оказаться при креплении горизонтальных скважин, когда по всей длине ствола может образоваться сквозной канал. Для снижения водоотделения рекомендуются те же приемы, что и при уменьшении водоотдачи.

55. Свойства цементного камня и методы определения. Не хватает!!!!

К основным свойствам цементного камня относятся пористость, предел прочности, проницаемость, объемные изменения при твердении [3, 4, 7, 23, 24].

1. Пористость – это доля объема пор в цементном камне. Может выражаться в долях единицы или в процентах.

В общем случае пористость цементного камня зависит от времени твердения, водоцементного отношения, удельной поверхности цемента, температуры твердения и др.

2. Механическая прочность цементного камня является основной оценочной характеристикой цементного камня. Механические свойства цементного камня характеризуются пределами прочности на изгиб и сжатие образцов стандартного размера.

Предел прочности на изгиб σ_из определяется по схеме трехточечного нагружения на образцах размером 4416 см или 228 см, прочность на сжатие определяется с помощью пресса (рисунок 14.14). Как правило, прочность на сжатие выше прочности на изгиб, т.е. σсж = (2–4) σиз.

Рисунок14.14, а - Схема испытания образцов цементного камня на изгиб

Рисунок 14.14, б - Схема испытания образцов цементного камня на сжатие 1, 4- верхняя и нижняя плиты пресса; 2 - Пластины; 3 – половинка образца-балочки

В общем случае прочность цементного камня определяется уравнением

где σ – прочность;

σ0 – прочность камня при нулевой пористости, т.е. прочность отдельных кристаллов (продуктов твердения);

П – пористость;

n – эмпирический коэффициент ( n = 2,5-3,5 ).

Отсюда следует, что одним из важнейших факторов, определяющих прочность камня, является его пористость, зависящая, главным образом, от водоцементного отношения цементного раствора. Влияние В/Ц на прочность цементного камня приведена на рисунках 14.15-14.16. Так- же прочность цементного камня зависит от времени твердения (рисунок 14.17), удельной поверхности цемента (рисунок 14.18), температуры твердения (рисунок 14.19).

Рисунок 14.15 - Влияние водоцементного отношения на прочность цементного камня при изгибе (τ = 2 сут., Т = 20 ⁰С)

Рисунок 14.16 - Схема, поясняющая влияние В/Ц на прочность цементного камня

Рисунок14.17 - Схема, поясняющая влияние времени твердения на прочность цементного камня

Рисунок 14.18 - Схема, поясняющая влияние удельной поверхности цемента на прочность цементного камня

Зависимость механической прочности камня из портландцемента от его химико-минералогического состава начинает заметно проявляться при длительных сроках твердения. В начальные сроки твердения рост прочности цементного камня обеспечивается трех-кальциевым силикатом (C₃S). В более поздние сроки прочность цементного камня зависит от двухкальциевого силиката (C₂S).

Механическая прочность тампонажного камня быстрее нарастает при использовании высокой удельной поверхности. В этом случае ускоряются реакции гидратации. Однако бес-предельно увеличивать удельную поверхность цементного порошка нельзя, так как это требует увеличения количества воды для приготовления цементного раствора.

Ускорители сроков схватывания цементных растворов в большинстве случаев способствуют повышению начальной механической прочности, однако с увеличением срока твердения прочность цементного камня обычно снижается несколько раньше, чем у необработанных образцов. Замедлители сроков схватывания снижают прочность цементного камня в начальные сроки твердения.

Добавки могут оказывать положительное и отрицательное влияние на прочность портландцементного камня в зависимости от условий твердения.

При обычных условиях наполнители (содержащие 80-95% кремнезема, кварцевый песок, опока и др.) не способствуют увеличению начальной прочности цементного камня, хотя с увеличением возраста прочность повышается. При температурах выше 110-120 °С указанные наполнители становятся активными материалами и повышают прочность цементного камня.

Глинистые материалы и смеси их с водой практически во всех случаях снижают прочности цементного камня.

Температура оказывает существенное влияние на прочность камня из тампонажного портландцемента. С повышением температуры прочность камня в ранние сроки твердения (1-7 суток) возрастает. Однако в более поздние сроки твердения (месяцы и годы) прочность камня может снижаться из-за термической коррозии, механизм которой будет рассмотрен позже. Причем чем выше температура твердения, тем раньше начинается снижение прочности. Поэтому температурный интервал чистого бездобавочного портландцемента не превышает 1000С.

На рисунке14.19 - приведены данные, полученные В.С. Данюшевским [3, 7], показывающие влияние температуры на прочность портландцементного камня.

Рисунок 14.19 - Кривые изменения прочности цементного камня из портландцемента во времени при различной температуре (В/Ц = 0,5)

№ кривой на рис.	1	2	3	4	5	6
Давление, МПа	0,1	0,1	20	60	80	120
Температура, оС	22	75	120	160	200	300

3. Проницаемость – это способность цементного камня пропускать через себя жидкости и газы и является одной из его основных характеристик.

Она зависит от ряда факторов, среди которых наиболее важными являются природа цемента и наполнителей, водоцементное отношение, темпера-тура и сроки твердения, т.е. проницаемость, зависит от тех же показателей, что и прочность цементного камня (рисунки 14.20 – 14.22) .

Рисунок 14.20-Влияние водоцементного отношения на водопроницаемость цементного камня

Рисунок 14.21 - Влияние водоцементного отношения на проницаемость цементного камня (по данным Данюшевского В.С.)

Рисунок 14.22 - Влияние температуры и времени твердения на водопроницаемость цементного камня 1 – 22оС (S=2560 см2/г); 2 – 22оС (S=3600 см2/г); 3 – 75оС; 4 – 200оС

На рисунке 14.22 показано изменение проницаемости цементного камня, твердеющего при различных условиях и в различные сроки. При всех температурах проницаемость с увеличением сроков твердения уменьшается, причем с повышением температуры твердения темп снижения проницаемости возрастает. При температуре 75°С и выше проницаемость портландцементного камня после некоторого времени начинает возрастать из-за термической коррозии.

На практике водоцементное отношение растворов может изменяться в широких пределах, а оно оказывает значительное влияние на изменение проницаемости цементного камня. Проведенные исследования показывают, что через 7 сут твердения при нормальной температуре проницаемость цементного камня из раствора с водоцементным отношением 0,5, составляет 10-2-10-1 мкм2. С увеличением удельной поверхности цементов темп снижения проницаемости возрастает.

4. Объемные изменения при твердении цементного раствора. При твердении в воде цементный камень несколько увеличивается в объеме, при твердении на воздухе или в другой среде пониженной относительной влажности дает усадку. Ориентировочные данные о величине усадки и набухания в различных условиях д аны на рисунке14.23.

Рисунок 14.23. Кривые изменения объема твердеющего цементного камня во времени: 1- в условиях неограниченного поступления воды из окружающей среды; 2 - в условиях, исключающих потерю воды в окружающую среду; 3 - в условиях потери воды в окружающую среду при относительной влажности w = 80%; 4 - то же при w = 60 %; 5 - то же при w - 40 %