 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Шлакопесчаные цементы
|
Читайте также: |
Способность портландцемента образовывать затвердевающие водные суспензии обусловлена высокой химической активностью составляющих его соединений. Такая активность, необходимая для получения достаточной скорости реакции при невысоких температурах, обеспечивается соответствующим составом соединений и высокой температурой обжига в процессе производства.
В условиях глубоких скважин повышение температуры значительно ускоряет химические реакции и делает возможным достаточно быстрое затвердевание суспензий менее активных вяжущих веществ. При высоких температурах скорость гидратации портландцемента излишне высокая, требующая применения замедлителей, поэтому поиски низкоактивных вяжущих веществ, прежде всего, преследовали цель получить медленносхватывающиеся тампонажные цементы. Из числа низкоактивных вяжущих веществ для цементирования скважин в СССР наиболее широко используются доменные шлаки, в США — известково-пуццолановые вяжущие.
Доменные шлаки содержат в основном те же оксиды, что и портландцементный клинкер. Но в них содержится значительно меньше оксида кальция и больше оксидов кремния, и алюминия. При охлаждении шлака низкое содержание оксида кальция обусловливает кристаллизацию соединений с низкой по сравнению с клинкерными минералами основностью. К этим соединениям относятся β- и γ-2СаО * Si02, твердый раствор геленита 2СаО*Аl203 * Si02 с окерманитом 2СаО • MgO • 2Si02 (меллилиты), магнезиальная шпинель MgO * Al2O3 и другие соединения, которые в гидратационном отношении менее активны, чем минералы портландцементного клинкера. При комнатной температуре способностью к медленному твердению обладает лишь β-2CaO-Si02.
Если шлак быстро охладить, что достигается при грануляции, то он застывает в стекловидном состоянии. Гидратационная активность его при этом значительно повышается. Гранулированные доменные шлаки при затворении на воде и введении небольшого количества химических возбудителей (оксида кальция, портландцемента, сульфатов) способны медленно затвердевать.
Гидратационная активность шлаков увеличивается при повышении температуры. В этом случае проявляют способность к твердению и закристаллизованные (отвальные) шлаки. Эта их способность была использована при применении молотых доменных (гранулированные и отвальные) шлаков, как основы для получения медленносхватывающихся и термостойких тампонажных цементов. Скорость схватывания суспензий измельченных шлаков не намного меньше, чем портландцемента, однако схватывание значительно замедляется при их смешении с кварцевым песком, особенно молотым.
При исследовании свойств шлаковых растворов выяснилось, что в условиях повышенных температур (выше 100 °С) они образуют к двум суткам твердения более прочный цементный камень, чем портландцементные растворы. Однако при длительном гидротермальном воздействии цемент в виде молотого шлака, а также облегченный шлако-бентонитовый цемент термостойкий только до 120—160°С. При более высоких температурах термостойким является только шлакопесчаный цемент, который даже при высокой тонкости помола компонентов образует растворы с пониженной седиментационной устойчивостью, поэтому его приходится затворять при В/Ц<0,5 или вводить стабилизирующие добавки (бентонит, диатомит).
Процесс загустевания растворов на шлаковой основе очень чувствителен к колебаниям состава шлака, соотношению шлак: песок и примесям. Кислые шлаки обычно дают быстро-загустевающие растворы, мало реагирующие на разбавление песком. Основные шлаки, которые главным образом и применяются в качестве тампонажного материала, в смеси с молотым кварцевым песком загустевают медленно. Неблагоприятная особенность растворов на шлаковой основе — их быстрое загустевание в присутствии небольших примесей портландцемента. Другой недостаток — широкие пределы колебания состава, шлаков и свойств цемента в различных партиях.
7.4 Белито-кремнеземистый цемент (БКЦ)
Нестабильность свойств шлакопесчаных цементов связана
с разнообразием их минералогического состава. Шлаки — побочный продукт металлургических производств, их состав сильно колеблется в зависимости от вида металлургического сырья, состава шихты, особенностей технологического процесса.
Между тем известны малоактивные вяжущие вещества, имеющие менее сложный состав. К их числу относятся нефелиновые шла мы (отход производства глинозема из нефелиновых пород), которые состоят в основном из p-2CaO*Si02. Этот силикат кальция — один из компонентов портландцементного клинкера, он отличается медленным твердением при невысоких температурах и значительным ускорением твердения в гидротермальных условиях.
С. М. Роя к и А. М. Дмитриев предложили использовать смесь нефелинового шлама с измельченным кварцем в качестве тампоиажного цемента, названного ими белито-кремнезе-мистым цементом (БКЦ). Последний содержит нефелиновый шлам и кварц в отношении от 3: 1 до 1:1. От шлако-песчаных цементов он отличается замедленным схватыванием при высоких температурах и замедленным начальным твердением. Так же как и для шлаковых цементов, для БКЦ характерна пониженная седиментационная устойчивость водных суспензий.
Высокая термостойкость, стабильность состава и свойств, благоприятная реакция на химическую обработку делают БКЦ одним из лучших цементов для высокотемпературных скважин.
Аналог этого цемента выпускается цементной промышленностью США на основе специального клинкера, силикатная часть которого представлена только p-2CaO*SiOs. Цемент относится к классу / и имеет марку HTS.
7.5 Известково-кремнеземистые цементы
При реакции гидроксида кальция (суспензия готовится, как правило, на основе гашеной извести — пушенки) с оксидом кремния образуются гидросиликаты кальция:
п Са (ОН),+SiOa -f m НаО = я CaO • Si 02 • я? Н20.
Вид и состав гидросиликата зависят от степени основности (СО) исходной смеси Са(ОН)2 и Si02 и температуры в соответствии с диаграммой на рис. 28. Например, при СО= 1 и Т= = 150°С образуется тоберморит. При температурах ниже 40°С реакция синтеза гидросиликата из Са(ОН)2 и Si02 идет очень медленно, даже если оксид кремния брать в высокоактивной форме в виде диатомита или силикагеля. Применение ускорителей схватывания и твердения при этом неэффективно.
В температурном интервале 40—80 °С следует применять смеси гашеной извести-пушенки с диатомитом, трепелом или пылевидной золой каменных углей. При этом получаются седи- ментационноуетойчивые суспензии с высоким водосодержанием, быстротвердеющие, особенно при добавках фторидов натрия, кальция, алюминия, но нуждающиеся в замедлении схватывания. Эффективными замедлителями являются соли винной, фосфорной и борной кислот.
Суспензии извести и кристаллического кремнезема достаточно быстро затвердевают при температурах выше 120 °С, при этом без добавки замедлителя схватывания время сохранения прокачиваемости их незначительное.
При температурах выше 120 °С прочность цементного камня и известково-кремнеземистых тампонажных растворов постепенно снижается и повышается проницаемость вследствие перекристаллизации первоначально образовавшихся метастабиль- ных гидросиликатов кальция в термодинамически устойчивые гиллебрандит, ксонотлит, тоберморит или гиролит в зависимости от степени основности исходной смеси. Поэтому наиболее благоприятная область применения этих материалов — от 40 до 120 °С в составе тампонажных растворов пониженной плотности.
При использовании известково-зольных смесей плотностью 1600—1700 кг/м3 при В/Т=0,55 
0,6 прочность образующегося камня выше, чем камня из других тампонажных растворов такой плотности.
Поиск по сайту: