Властивості тампонажного каменю

Основними фізико-хімічними характеристиками цементного каменю є його міцність, проникність, об’ємні зміни і корозійна стійкість.

Міцність цементного каменю характеризується тимчасовим опором згину, стику або розтягу. Для цього цементний камінь виготовляють у вигляді взірців, які випробують на міцність, тобто визначають напруження, при якому руйнується взірець. Взірці вигототовляють такої форми, яка є зручна для даного виду випробування.

Результат, одержаний при випробуванні взірців, у значній мірі залежить від умов випробування, тому їх строго обмежують. Для одержання відтворюваних результатів взірці цементного каменю слід випробувати охолодженими до кімнатної температури і повністю насиченими водою. Якщо взірці до визначення міцності витримувались при кімнатній температурі, то їх виймають з води, обтирають поверхню і випробують. Якщо взірці тверділи при підвищеній температурі, перед випробуванням їх необхідно охолодити у воді до кімнатної температури. Швидкість охолодження повинна бути не більше 1,5 °С за 1 хвилину.

Міцність цементного каменю залежить від багатьох факторів, основними з яких є хіміко-мінералогічний склад цементу, водоцементне відношення, питома поверхня цементу, наявність наповнювачів і хімічних домішок, умови твердіння та ін. На міцність цементного каменю суттєво впливають температура і тиск.

Для визначення міцності на згин взірці цементного каменю виготовляють у вигляді призм розміром 4´4´16 см, 2´2´10 см, 1´1´3 см. Для одного випробування готують три або чотири взірці розміром 4´4´16 см, чотири або шість взірців розміром 2´2´10 см і шість або вісім взірців розміром 1´1´3 см.

Границя міцності при згині визначається з допомогою розривних машин різного типу (Міхаеліса, МИИ-100, прилад 2035 П-05).

Границю міцності при згині розраховують як середнє арифметичне з двох (трьох) найбільших значень граничного напруження при випробуванні трьох (чотирьох) взірців розміром 4´4´16 мм; трьох (чотирьох) найбільших значень при випробуванні чотирьох (шести) взірців розміром 2´2´10 см і чотирьох (шести) найбільших значень при випробуванні шести (восьми) взірців розміром 1´1´3 см. Середнє значення визначають з точністю до 0,1 МПа.

Проникність для рідин і газів є наслідком наявності в цементному камені зв’язаної системи пор. Під проникністю тампонажного каменю розуміють його здатність пропускати через себе рідини або гази при певному перепаді тиску. Для забезпечення надійного розмежування пластів тампонажний камінь у затрубному просторі повинен мати мінімально можливу проникність для пластових флюїдів.

Проникність тампонажного каменю вимірюють так само, як і проникність гірських порід.

Об’ємні зміни. Для надійного розмежування проникних пластів важливо, щоб при твердінні об’єм тампонажного розчину (каменю) не змінювався або дещо збільшувався, причому збільшення повинно відбуватись без розтріскування каменю і без утворення порових каналів, якими можуть фільтруватись пластові флюїди.

До об’ємних змін належать контракція, набухання, усадка і розширення.

Контракцією називається зменшення сумарного об’єму системи в хімічних або фізичних процесах. Зменшення об’єму в результаті контракції супроводжується збільшенням пористості каменю і поглинанням рідини із навколишнього середовища.

Як капілярно-пористе тіло, тампонажний камінь чутливий до змін вологості навколишнього середовища. При необмеженому надходженні води в поровий простір тампонажного каменю в процесі твердіння спостерігається деяке збільшення зовнішнього об’єму тампонажного каменю, яке називають набуханням. Видалення води з пор тампонажного каменю призводить до зменшення його об’єму, тобто до його усадки. Усадка і набухання залежать від мінералогічного складу клінкеру і вмісту домішок. Зважаючи на особливу важливість його ізоляційних функцій, усадкові деформації тампонажного каменю небажані.

Зовнішній об’єм тампонажного каменю може змінюватися внаслідок збільшення об’єму порового простору. Це може бути наслідком дії власних напружень, які викликають деформацію структури. Якщо ці напруження виникають у невеликих об’ємах і дезорієнтовані, то відбувається рівномірне всестороннє розширення елементів структури тампонажного каменю. Такий ефект розширення твердіючого тампонажного каменю може бути використаний для підвищення герметичності зацементованого затрубного простору свердловини.

Корозійна стійкість. Камінь вважають корозійно стійким, якщо після тривалого (протягом багатьох років) зберігання в пластових водах його міцність та проникність помітно не погіршуються.

Швидкість корозійних процесів залежить від багатьох факторів: концентрації агресивного агента, температури, тиску, проникності тампонажного каменю, його геометричних розмірів та ін.

Корозійну стійкість тампонажного каменю оцінюють за характером зміни його міцності в часі при зберіганні у відповідній пластовій рідині. Для випробування на корозійну стійкість готують взірці тампонажного каменю розміром 20´20´100 мм, поміщають їх у ванну з гідравлічним затвором, заповнену пластовою рідиною так, щоб вона зі всіх боків обмивала кожний взірець. На один взірець повинно припадати не менше 300 см³ агресивного середовища. Взірці зберігають при заданих тисках і температурах. Контрольне витримування взірців у питтєвій воді повинно проводитись у таких же ємностях і при тій же температурі. Спостереження за станом взірців проводять протягом року з моменту занурення їх в агресивне середовище. Через кожні 3 місяці взірці піддаються зовнішньому огляду, а агресивне середовище замінюється свіжим. Періодично (через 3, 6, 12 міс.) частину взірців випробовують на міцність, на стиск і розколювання.

Цемент вважається випробуваним на корозійну стійкість, якщо після закінчення року з моменту занурення не спостерігається признаків пошкодження взірців, а коефіцієнт стійкості (відношення межі міцності взірців, що тверділи в агресивному середовищі до межі міцності одночасно випробуваних взірців, які тверділи у питтєвій воді) більший 0,85 по кожному з видів навантаження.

Поиск по сайту: