Дисперсно-армированные тампонажные цементы

Тампонажный камень в скважине подвергается комплексу ста­тических (давление в обсадной колонне) и динамических (пер­форация, спуско-подъемные операции) нагрузок, переменных по величине и знаку. Он характеризуется значительной проч­ностью на изгиб и сжатие, малой проницаемостью, однако, об­ладая низкой деформационной способностью и трещиностойкостью, он не способен противостоять разовым и циклическим на­грузкам.

При разработке высокопрочных материалов применяют не­сколько компонентов, обладающих различными физико-меха­ническими свойствами (особенно упругопластическими). На ос­новании этого принципа во ВНИИКРнефти разработаны диспер- сноармированные тампонажные (на базе портландцементов и шлаков) материалы, представляющие собой смесь вяжущего и коротких волокон, произвольно ориентированных и равномерно распределенных по всему объему, работающих совместно с мат­рицей за счет сил сцепления.

Дисперсная арматура отличается от обычной тем, что про­извольно ориентированные по всему объему смеси отрезки во­локон при достаточной равномерности распределения и опреде­ленном количестве более эффективно воспринимают и перерас­пределяют часть нагрузки практически любого направления. Если трещины все же образуются вследствие преодоления со­противления дисперсноармирующей добавки или нарушения сцепления волокна в тампонажном камне, то начинает прояв­ляться вторая, не менее важная функция волокон. Охватывая каждую из образовавшихся трещин со всех сторон, волокна пре­пятствуют дальнейшему их росту и развитию, сохраняя целост­ность цементного камня.

В качестве армирующих добавок используют волокна трех типов: искусственные (нейлон, полипропилен, полиэтилен и др.), минеральные (шлаковые, кварцевые, асбестовые, базальтовые и др.) и органические (хлопок и др.). Характер работы дис­персноармирующей добавки в тампонажном материале, а сле­довательно, и физико-механические свойства камня во многом зависят от свойств самих волокон. Последние должны обладать достаточной стойкостью в продуктах твердения, высокой меха­нической прочностью и хорошим сцеплением с цементным кам­нем (адгезией).

Так как волокна используют для дисперсного армирования тампонажных материалов в широком диапазоне температур (от —5 до +250 °С), они должны быть термостойкими. Исследо­вания, проведенные с волокнами разных типов, дали положи­тельные результаты. В качестве армирующей добавки наиболее целесообразно использовать минеральные волокна.

Введение в цементную матрицу отрезков волокон опреде­ленных размеров повышает прочность при растяжении (изгибе) за счет использования собственной прочности волокон. В этом случае важными факторами являются не только прочность выбранных волокон на разрыв, но и их размеры (диаметр, длина).

Количество дисперсноармирующей добавки в цементном камне определяет расстояние между центрами волокон. Сред­нее расстояние между волокнами по формуле Макки

s = (11.3)

где V — объем одного волокна; Р — объемная доля волокна в растворе.

Дисперсноармированные тампонажные материалы с улуч­шенными деформатйвными свойствами, как показал опыт их применения, рекомендуются для повышения качества цементи­рования обсадных колонн в зоне перфорации, при ремонтных работах, установке мостов в нефтяных и газовых скважинах.

Поиск по сайту: