Влияние температуры и давления на свойства тампонажного раствора и камня

17.11.2020

Интенсивность химических реакций существенно зависит от температуры. С повышением температуры увеличивается скорость реакций гидратации, что ведет к уменьшению подвижности, росту динамического напряжения сдвига, сокращению сроков загустевания и схватывания тампонажных растворов (рис. 61). Если, например, при температуре +5°С начало схватывания раствора из тампонажного портландцемента наступает через несколько десятков часов после затворения, то при температуре 80°С этот срок сокращается до 1—2 ч. При отрицательных температурах такой раствор замерзает, так и не схватившись. Вследствие уменьшения вязкости воды с повышением температуры увеличивается водоотдача тампонажных растворов.
Влияние температуры и давления на свойства тампонажного раствора и камня

Весьма сложное влияние оказывает температура на механические свойства тампонажного камня. Чем выше температура, тем быстрее растет начальная прочность камня и тем быстрее она достигает наивысшего значения (рис. 62). Например, при температуре 30°С рост прочности портландцементного камня продолжается более года; при температуре 60°С прочность достигает максимума примерно через полгода, а при температуре 160°С уже через 5—10 ч. Если повышение температуры примерно до 60—70°С способствует лишь значительному сокращению срока достижения максимальной прочности, практически не влияя на величину последней, то при увеличении температуры свыше 70°С существенно уменьшается также величина максимальной прочности портландцементного камня. Проницаемость портландцементного камня, напротив, с увеличением температуры примерно до 80°С уменьшается, а при более высоких температурах растет. Причины такого изменения свойств рассматриваются в курсе «Химия промывочных и тампонажных жидкостей».

Отрицательное влияние температуры на механические свойства камня можно существенно уменьшить путем добавления к портландцементу кремнеземистых веществ или доменного шлака. Такие добавки связывают гидроокись кальция, выделяющуюся в процессе гидролиза клинкерных минералов при повышенных температурах, и превращают ее в гидросиликаты. Влияние температуры и давления на механические свойства портландцементного камня показано в табл. 8.

Характер влияния температуры на прочность камня из шлаковых цементов весьма индивидуален и зависит от состава шлака и тонкости помола его. Каждой температуре соответствует определенная оптимальная тонкость помола, при которой прочность камня максимальна. Чем выше температура, тем более грубым должен быть помол. Добавка некоторого количества кварцевого песка к шлаку при помоле благоприятно сказывается на прочности камня, особенно при температуре более 130°С. Характер изменения прочности шлакопесчаного камня оптимального состава показан на рис. 63. Наибольшей прочности камень достигает при температуре 200—220°С; при более высоких температурах прочность снижается, что связано с интенсификацией процессов перекристаллизации в твердом теле. Проницаемость камня с ростом температуры примерно до 200°С, как правило, уменьшается, а при более высокой температуре растет. Максимум прочности камня обычно достигается при молярном отношении CaO:SiО2 = 0,5—0,7.

Давление оказывает гораздо меньшее влияние на свойства тампонажных растворов и камня. Значительное увеличение давления при температуре до 80—100°С способствует некоторому росту начальной прочности портландцементного камня, более заметному при меньших температурах; при более высоких температурах с ростом давления прочность такого камня может снижаться. Видимо, увеличение давления способствует более быстрому проникновению воды в глубинные участки частиц вяжущего и ускорению гидратации их. По этой причине с ростом давления несколько возрастает консистенция тампонажного раствора и сокращаются сроки загустевания и схватывания.

Влияние температуры на свойства тампонажных растворов и камня необходимо учитывать при выборе вяжущего для цементирования конкретного интервала скважины. В табл. 9 приводятся рекомендации к выбору состава тампонирующей смеси для разных условий в скважинах. Эти рекомендации не распространяются на скважины, в которые намечается закачивать высокотемпературные жидкости (например, перегретый пар) или в которых планируется проведение термического воздействия на пласт, а также на геотермические скважины сочень высокой температурой пластовой жидкости. Специфичность названных скважин состоит в том, что чрезмерно велико различие между температурой в период цементирования и температурой в период эксплуатации.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна