Logo GenDocs.ru


Поиск по сайту:  


Лекции - Физико-химические процессы твердения и коррозии цементного камня - файл лекции по ФХПТИКЦК.DOC


Лекции - Физико-химические процессы твердения и коррозии цементного камня
скачать (142.1 kb.)

Доступные файлы (1):

лекции по ФХПТИКЦК.DOC734kb.26.04.2005 11:29скачать

содержание

лекции по ФХПТИКЦК.DOC

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13
Реклама MarketGid:
Министерство образования российской федерации

государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ НЕФТИ И ГАЗА

Кафедра «Бурение нефтяных и газовых скважин»




Конспект лекций по дисциплине


«Физико-химические процессы твердения и коррозии цементного камня»

для специальности 090800 «Бурение нефтяных и газовых скважин»


составители:

Овчинников В.П.

Аксенова Н.А.


Тюмень, 2004




^

ЛЕКЦИЯ 1 .

Тампонажные материалы для крепления скважин



Содержание

  1. Значение тампонажных растворов при бурении скважин. Классификация вяжущих веществ.

  2. Тампонажный портландцемент

  3. Клинкер и его химический, минералогический составы

  4. Производство портландцемента


1. Значение тампонажных растворов при бурении скважин. Классификация вяжущих веществ.

Конечной целью бурения скважин является создание долговечного, прочного изолированного канала, связывающего продуктивный пласт с дневной поверхностью. Решающее значение при проводке скважин имеют тампонажные материалы, применяемые для крепления стенок скважины и разобщения пластов.

Способность тампонажных растворов к структурообразованию и твердению – основа их применения для цементирования.

Требования к тампонажным материалам для цементирования нефтяных и газовых скважин в основном определяются геолого-техническими особенностями их проводки. Выбор тампонажного материала сложен и основывается на следующих требованиях:

  • тампонажный раствор должен оставаться подвижным во время транспортирования в заколонное пространство;

  • после прекращения закачивания должен затвердеть, образуя безусадочный камень с определенными физико-механическими свойствами.

Поскольку скважина является сложной системой, где с глубиной меняются температура и давление, имеются поглощающие и высоконапорные пласты, а также пласты с высокоминерализованными водами, нефтью и газом, то в таких условиях один и тот же тампонажный раствор не может быть приемлемым. Один тип цемента не может отвечать всем этим требованиям.

^ Поэтому цель настоящей дисциплины изучить свойства тампонажных материалов, их разновидности и особенности. Изучить физико-механические свойства раствора и камня и научиться их изменять. Изучить добавки к тампонажным материалам такие как: ускорители и замедлители схватывания, расширяющие, облегчающие и утяжеляющие добавки, добавки, снижающие водоотделение и водоотдачу тампонажного раствора, добавки повышающие устойчивость цементного камня к действию температур и различных видов коррозии и многие другие виды добавок.

Длительный опыт бурения скважин показал, что наиболее эффективным материалом для создания искусственной крепи являются минеральные вяжущие вещества.

В общем случае, минеральными вяжущими веществами называются тонкодисперсные порошки моно- или полиминерального состава, которые при затворении водой или растворами солей способны образовывать коагуляционные и кристаллизационные структуры, обладающие определенной прочностью и долговечностью.

По способности вяжущих веществ образовывать структуру они делятся на три группы:

^ 1. Воздушные вяжущие вещества - это вещества, способные твердеть и. длительно сохранять свою прочность только на воздухе. К этой группе относятся гипсовые, известковые, магнезиальные вяжущие вещества и кислотоупорный цемент. Из них в практике бурения скважин используются гипсовые и магнезиальные вяжущие;

^ 2. Гидравлические вяжущие вещества - это вещества, способные твердеть и длительно сохранять свою прочность, как на воздухе, так и в воде. К этой группе относятся портландцемент и его разновидности, цементы на шлаковой основе, глиноземистые цементы и др.;

^ 3. Вяжущие гидротермального твердения - это вещества, способные образовывать искусственный камень только в гидротермальных условиях (при высоких температурах и давлении). К этому типу относятся известково-кремнеземистые, белито-кремнеземистые, шлакопесчаные составы и др. Все рассмотренные вяжущие относятся к вяжущим гидратационного твердения, т.е. для получения твердого камня из них требуется затворение вяжущего водой, только в первом случае твердение происходит на воздухе, во втором в воде, в третьем – в воде при температуре и давлении.

Тампонажными называются материалы, которые при затворении с водой образуют суспензии, способные в условиях скважины превращаться в практически непроницаемое твердое тело.

Под тампонажным материалом понимают в основном вяжущее с вводимыми для регулирования его технологических свойств добавками. Тампонажный материал, будучи смешанным, с жидкостью затворения, образует тампонажный раствор. Состав тампонажного раствора определяется отношением массы воды затворения к массе тампонажного материала - водотвердым отношением. Добавки в состав тампонажного материала раствора вводятся для регулирования его технологических свойств и изоляционных свойств формирующегося в заколонном пространстве камня.
^

2. Тампонажный портландцемент


Портландцемент часто называется просто цементом – это важнейшее минеральное вяжущее вещество. Портландцемент – основа многих видов тампонажных материалов. Он служит базовым материалом для большинства модифицированных специальных тампонажных цементов, в то же время он может и без модификации применяться в широком диапазоне условий цементирования скважин.

Полртландцемент – порошкообразный материал, содержащий искусственные минералы, большинство которых в природе не встречаются или встречаются крайне редко. Эти минералы обладают высокой химической активностью и способны взаимодействовать с водой.

Портландцементом называется гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением портландцементного клинкера с гипсом и другими специальными добавками.

Клинкер получают обжигом до спекания тонкодисперсной однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка, глины, кремнезема.

Гипс вводится с целью регулирования, скорости схватывания и некоторых других свойств. Клинкерный порошок без гипса при смешивании с водой быстро схватывается и затвердевает в цементный камень с пониженными прочностными свойствами.

Согласно ГОСТ 1581-96 в портландцемент разрешается вводить при помоле до 15 % активных минеральных добавок. При этом, название, цемента не меняется.

Свойства портландцемента определяются, прежде всего, качеством клинкера.

^ Историческая справка. Считается, что портландцемент был изобретен в Англии каменщиком Джозефом Аспдином, который получил патент в 1824г. на изготовление вяжущего вещества из смеси извести с глиной обжигом ее до полного удаления углекислоты. Это вяжущее он назвал портландцементом. Однако в России, портландцемент был получен несколько ранее, в 1817г. начальником военно-рабочей команды Е. Г. Челиевым. В 1825г. им была: издана книга о получении вяжущего вещества, аналогичного по составу применяемому ныне портландцементу.
^

3. Клинкер и его химический состав


Портландцементный клинкер обычно получают в виде спекшихся мелких и более крупных гранул и кусков размером до 10-20 или до 50-60 мм в зависимости: от типа печи.

По микроструктуре клинкер, получаемый спеканием, представляет собой сложную тонкозернистую смесь кристаллических фаз и небольшого количества стекловидной фазы.

Химический состав клинкера колеблется в широких пределах. Главными окислами цементного клинкера является окись кальция CaO, двуокись кремния SiО2, окись алюминия Аl2O3 и окись железа Fe2O3, суммарное содержание которых достигает обычно 95-97%. Кроме них имеются примеси окиси магния MgО, серный ангидрит SO3, двуокись титана ТiО2, окись хрома Сг2O3 окись марганца Мn2O3, щелочи Na2O и K2O,. фосфорный ангидрит P2O5 и др.


Ориентировочно химический состав портландцемента выглядит следующим образом:

CaO 63-66% MgО 0,5-5%

SiО2 21-24% SO3 0,3-1%

Аl2O3 4-8% Na2O и K2O 0,4-1%

Fe2O3 2-4% ТiО2 и Сг2O3 0,2-0,5%

P2O5 0,1-0,3%

Повышенное содержание окиси кальция обуславливает обычно повышенную скорость твердения портландцемента, его высокую прочность, несколько пониженную коррозионную стойкость.

Цемент с повышенным содержанием кремнезема в составе клинкера характеризуются пониженной скоростью твердения в начальные сроки при достаточно интенсивном нарастании прочности в длительные сроки; они отличаются повышенной коррозионной стойкостью.

При повышенном количестве Аl2O3 цементы приобретают способность к ускоренному твердению.

Соединения окиси железа способствуют снижению температуры спекания клинкера. Цементы, богатые окисью железа, при низком содержании глинозема ведут себя аналогично высоко кремнеземистым, относительно медленно схватываясь и твердея в начальные сроки, они в дальнейшем достигают высокой прочности.

Повышенное содержание в клинкере окиси магния, вызывает неравномерность изменение объема, цемента при твердении. Содержание MgO не должно превышать 5 %.

Серный ангидрид SO3 необходим для регулирования сроков схватывания. Содержание его должно быть 1,5 - 3,5 %. Более высокое содержание может вызвать также неравномерное изменение объема.

Двуокись титана входит в клинкер с глинистым компонентом сырьевой смеси в количестве 0,1 - 0,5 %. При таком содержании она способствует лучшей кристаллизации клинкерных минералов. При содержании ТiО2 2 - 4 %, она, замещая часть кремнезема, способствует повышению прочности камня, а сверх этого снижает прочность.

Фосфорный ангидрид и окись хрома в небольшом количестве оказывают легирующее действие, увеличивая интенсивность твердения в первые сроки и повышая его конечную прочность. При повышенном содержании 1 - 2 % оказывает обратное действие.

Щелочи, при их содержании больше 1 % вызывают непостоянство сроков схватывания цемента, приводят к опасным, деформациям.

Количество окиси марганца в клинкере обычно не превышает 1 - 2 % и существенно не влияет на физико-механические свойства цемента.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13

Реклама:





Скачать файл (142.1 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru