Omskvorota.ru

Строим дом
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Насыпная плотность тампонажного цемента

Архив WinRAR_1 / Лекции_ХИМИЯ

Из всех цементов, приведенных в таблице 6, только цемент классов G и Н используется регулярно. Цемент классов А, В и С используются в соответствии с запросом потребителя. Другие типы цементов используются редко.

Основные сведения о процессе производства портландцемента

Исходными компонентами при производстве портландцемента могут служить известняки, мел, гипс, мергели, доменные шлаки, колчеданные (пиритовые) огарки, трепел, опока, диатомит, кварцевый песок.

Портландцемент состоит в основном из четырех компонентов:

• трехкальциевого силиката C 3 S — 3CaO·SiO 2 ;

• двухкальциевого силиката C 2 S — 2CaO·Si0 2 ;

• трехкальциевого алюмината С 3 А — ЗСаО·А1 2 Оз;

• четырехкальциевого алюминоферрита C 4 AF — 4СаО·А1 2 Оз·Fе 2 Оз.

Эти составы формируются в специальных вращающихся печах при

температурах выше 1500°С при смешении извести, кремнезема, глинозема, оксида железа.

Для получения композиции цементного порошка с требуемыми химическими свойствами берут в определенных пропорциях тонкомолотое сырье. Приготовленная смесь засыпается в печь и превращается в цементный клинкер. Клинкер охлаждают, добавляют 3-5% гипса и смесь превращают в тонкокомолотый портландцемент.

Механизм гидратации портландцемента

Схватывание цемента обусловлено сложными процессами гидратации и поликонденсации составных частей помолотого клинкера, приводящим к образованию высокомолекулярных силикатов, алюминатов и ферритов кальция.

При действии воды на алит, являющийся разновидностью трехкальциевого силиката, протекает реакция, которая в общем виде может быть записана следующим образом:

ЗСaО·Si0 2 + (3 + у- х)Н 2 0 = (3 — х)Са(ОН) 2 + хСаО·Si0 2 ·уН 2 О

Гидратация белита (двухкальциевого силиката) протекает по аналогичной схеме:

2СаО·Si0 2 + (2 + у -х)Н 2 0 = (2-х)Са(ОН) 2 + хСаО·Si0 2 ·уН 2 О

Гидратация силикатной части клинкера протекает с образованием различных продуктов в зависимости от температуры, содержания воды в реакционном объеме, наличия примесей и некоторых других условий.

При нормальной температуре взаимодействие с водой трехкальциевого алюмината происходит по реакции

Ca 3 Al 2 O 6 +Ca(OH) 2 +18H 2 0 -> 4СаО·А1 2 0 3 ·19Н 2 0

В реакцию вступает гидроксид кальция, выделившийся при гидролизе силикатов кальция. Образующееся соединение называется четырехкальциевым гидроалюминатом.

При температуре выше 60°С образуется другое соединение

Ca 3 Al 2 O 6 + 6H 2 0 -> 3СаО·А1 2 0 3 ·6Н 2 0

Это соединение называется трехкальциевым шестиводным гидроалюминатом.

Реакции гидратации четырехкальциевого алюмоферрита дают гидроалюминаты и гидроферриты кальция:

При температурах ниже 60 °С

Ca 4 (А1 2 0 5 )·(Fe 2 O 5 )+4 Ca(OH) 2 +34 H 2 0 -> Ca 4 (А1 2 0 6 )(OH) 2 ·18 H 2 0 + Ca 4 (Fe 2 O 6 ) (OH) 2 ·18 H 2 0

При температурах выше 60 °С

Ca 4 (А1 2 0 5 )·(Fe 2 O 5 )+2Ca(OH) 2 +10H 2 0 -> Ca 3 А1 2 0 6 6H 2 0 + Ca 3 (Fe 2 O 6 ) ·

При температурах выше 160°С гидратация алюминатных и ферритных минералов клинкера идет с образованием гидроалюминатов и гидроферритов:

4CaO·3Al 2 0 3 ·3H 2 0-4Ca0·3Fe 2 0 3· 3H 2 0

При гидратации трехкальциевого алюмината и алюмоферритной фазы в присутствии гипса вместо гидроалюмоферритного твердого раствора образуются гидросульфоалюмоферриты кальция. Существуют две формы гидросульфоалюмоферритов — высоко-, или трехсульфатная, имеющая состав ЗСаО·Al 2 0 3 (Fe 2 0 3 )·3CaSO 4 ·31H 2 O, и низко-, или моносульфатная, имеющая состав ЗСаО·Al 2 0 3 (Fe 2 0 3 )·CaSO 4 ·18H 2 O.

Моносульфоалюмоферрит схож по кристаллической структуре также с четырехкальциевым гидроалюмоферритом и образует с ним твердые растворы. Высокосульфатная форма может содержать в составе также другие оксиды, например Сr 2 О 3 , и другие ионы (кроме S0 4 2- ) — С0 2 2- , Сl — . Эта группа минералов называется эттрингитовой фазой (по названию минерала эттрингита ЗСаО·Al 2 0 3 ·31CaSO 4 ·31H 2 O).

Кинетика схватывания цемента представлена на рисунке 2.

Рисунок 1 – Стадии образования цементного камня 1- цементные зерна в воде. Начальный период гидратации

2- образование гелевой оболочки на цементных зернах. Скрытый период гидратации

3- вторичный рост гелевой оболочки после осматического разрушения первоначальной оболочки, образование волнистых и столбчатых структур на поверхности зерен и в порах цементного камня

4- уплотнение структуры цементного камня при последующей гидратации цемента

По современным воззрениям, первым шагом гидратации цемента является межфазная реакция на поверхности безводной твердой фазой и водой, выделяется гидроксид кальция, образуя пересыщенный раствор. В этом растворе находятся ионы сульфата, гидроксида и щелочей, а также

небольшое количество кремнезема, глинозема и железа. Высокая концентрация ионов кальция и сульфат-ионов наблюдается непродолжительное время после затворения цемента водой, так как в течение нескольких минут из раствора начинают осаждаться первые новообразования

– гидроксид кальция и эттрингит.

Приблизительно через час наступает вторая стадия гидратации , для которой характерно образование очень мелких гидросиликатов кальция. Вследствие того, что в реакции принимают участие лишь поверхностные слои зерен цемента, вновь образующиеся гидратные фазы, получившие название цементного геля, характеризуются очень тонкой гранулометрией, размер зерен цемента уменьшается незначительно. Новообразования в первую очередь появляются на поверхности цементных зерен. С увеличением количества новообразований и плотности их упаковки пограничный слой становится малопроницаем для воды примерно в течение 2-6 часов. Вторую стадию замедленной гидратации принято называть

«скрытым или индукционным периодом» гидратации цемента.

В течение скрытого периода цементное тесто представляет собой плотную суспензию, стабилизированную действием флокулообразующих сил. Однако силы притяжения между цементными частицами в воде относительно слабы. Цементное тесто приобретает связанность и подвижность.

В течение скрытого периода происходит постепенное поглощение поверхностными оболочками цементных зерен воды, толщина водных прослоек между зернами уменьшается, постепенно понижается подвижность цементного раствора. Внутренние слои цементных зерен, реагируя с водой, стремятся расшириться. В результате наступает разрушение гелевых оболочек, облегчается доступ воды вглубь цементных зерен, ускоряется

Наступает третья стадия процесса гидратации . Она характеризуется началом кристаллизации гидроксида кальция из раствора. Этот процесс

происходит очень интенсивно. Так как на этом этапе количество гидратных фаз относительно мало, то в пространстве между частицами цемента происходит свободный рост тонких пластинок гидроксида кальция, гидросиликатов кальция и эттрингита в виде длинных волокон, которые образуются одновременно. Волокна новообразований создают пространственную сеть, усиливая сцепление между гидратными фазами и зернами цемента. Число контактов между гидратными фазами увеличивается, цементное тесто схватывается, затвердевает, образуется цементный камень. Образовавшаяся структура сначала является очень рыхлой, но постепенно она уплотняется, объем пор и их размеры уменьшаются, возрастает количество контактов между новообразованиями, утолщаются и уплотняются гелевые оболочки на зернах цемента, срастающиеся в сплошной цементный гель, с включениями непрореагировавших центров цементных зерен. В результате возрастает прочность цементного камня. Цемент в тампонажных растворах редко гидратирует полностью. При обычных сроках твердения успевает прогидратировать только часть цемента, поэтому даже при В/Ц=0,5 и выше в цементе сохраняются непрогидратировавшие зерна. В результате общая гидратация может никогда не закончится.

Читайте так же:
Висфат цемент для стоматологии

Схематически процесс преобразований, происходящих в системе цемент-вода в процессе гидратации цемента, показан на рисунке

Классификация тампонажных растворов

Тампонажные цементы, из которых изготовляют тампонажные растворы, могут быть классифицированы по следующим признакам: вещественному составу, температуре применения, плотности тампонажного раствора, устойчивости тампонажного камня к воздействию агрессивных пластовых вод, линейным деформациям тампонажного камня при твердении.

Таблица 1 – Классификация тампонажных растворов

Добыча нефти и газа

Изучаем тонкости нефтегазового дела ВМЕСТЕ!

Оборудование и материалы применяемые при ремонтно-изоляционных работах

Необходимым оборудованием для всех видов текущего и капитального ремонта скважин являются грузоподъемное сооружение — вышка, которая устанавливается стационарно или входит в комплект агрегата капитального ремонта скважин и монтируется над устьем скважины, только при его ремонте. На промыслах наибольшее применение находят АзИНМАШ- 37А ; АзИМАШ-37А1, УПТ1-32, УПТ-50, А-50.

1. Агрегат А-504 предназначен для спуско — подъемных операций (СПО) с насосно-компрессорными и бурильными трубами и укладки их на мостки. Этот агрегат- самоходная установка смонтированная на шасси автомобиля КрАЗ-257.Имеет следующие основные узлы : однобарабанную лебедку с трансмиссией привода, вышку с талевой системой, ротор с гидравлическим приводом, промежуточный вал бурового ротора, систему управления и насосный блок. Имеет также ограничитель подъема крюкоблока, канатоукладчик, контрольно-измерительные приборы для контроля за работой двигателя, элементов гидросистемы и пневмосистемы.

Привод навесного оборудования агрегата и насосного блока осуществляется от тягового двигателя автомобиля через коробку скоростей, включенную напрямую и раздаточную коробку.

2. Цементировочные агрегаты (ЦА)- предназначены для приготовления, закачивания и продавливания тампонажных и других растворов в скважину, обработку призабойной зоны, опресовку труб и оборудования.

Основные узлы ЦА- это насос высокого давления для закачки растворов и жидкостей в скважину, водяной насос с отдельным приводом для подачи жидкости в смесительное устройство при приготовлении тампонажного раствора, манифольд с запорной арматурой, разборный металлический трубопровод, мерные емкости, бачок для цементного раствора.

Наибольшее применение находят: ЦА-320М, ЦА-320А,

3. Установки смесительные предназначены для транспортирования сухих порожнообразных материалов (цемента, тампонажных смесей, песка и др.) , для регулируемой подачи этих материалов и приготовления тампонажных растворов и других песчано-жидкостных смесей при цементировании скважин и гидравлическом разрыве пласта.

Смесительная установка СМ-4М состоит из бункера, винтового конвейера, привода винтового конвейера, гидросмесительного устройства струйного типа со сменными штуцерами и контрольно -измерительных приборов.

4.Автоцистерны- предназначены для транспортирования технической воды или других жидкостей (растворов).

Для цементирования с заливочными трубами применяют цемен­тировочную арматуру типа АЦ1-150, АЦ2-160 конструкции Азинмаша, цементировочную головку грозненского типа или нижнюю часть фонтанной арматуры. Это же оборудование используют при химическом тампонаже скважин, гидравлическом разрыве пласта, кислотной обработке призабойных зон, при определении места де­фекта в эксплуатационной колонне пакером и других работах. Це­ментировочная арматура герметизирует кольцевое пространство между колонной заливочных труб и эксплуатационной колонной. Это позволяет выполнять прямую и обратную промывку, а также продавку жидкости в фильтр скважины через заливочные трубы или кольцевое пространство.

6. Заливочные трубы

При цементировании в качестве заливочных труб применяют насосно-компрессорные трубы диаметром от 60 мм и выше, буриль­ные трубы с высаженными наружу концами диаметром от 60 мм и выше и бурильные трубы с высаженными внутрь концами диа­метром от 89 мм и выше. В 114-мм эксплуатационной колонне в виде исключения применяют 48 мм заливочные трубы Приме­нение в качестве заливочных груб 73-мм бурильных труб с выса­женными внутрь концами связано с риском забить трубы цемент­ным раствором.

При изоляционных работах применяют цементировочные пакеры, которые устанавливают на нижнем конце колонны заливоч­ных труб Назначение пакера—изолировать участок эксплуата­ционной колонны ниже башмака заливочных труб от кольцевого пространства между этими трубами и колонной.

По характеру изоляции кольцевого (затрубного) пространства цементировочные пакеры делятся на две группы. К первой группе относятся извлекаемые пакеры (поднимаемые из скважины вместе с колонной заливочных труб). Вторую группу составляют не извлекаемые пакеры. По окончании цементирования они отделяются от колонны заливочных труб и остаются в скважине. При необходи­мости пакеры второй группы могут быть удалены из скважины пу­тем фрезерования.

Для установки цементных пробок и изоляци­онных работ в скважинах с малой поглотитель­ной способностью без заливочных труб приме­няют цементировочные желонки

Материалы:

Изоляционный ( тампонажный) материал представляет собой основу для получения изолирующего материала, закупоривающего пористую среду, трещины и др.

Изоляционные реагенты при проведении РИР используют в виде рабочих растворов, представляющих собой смеси изоляционных реагентов с растворителями, замедлителями,

Читайте так же:
Высокотемпературный армированный цемент глушителя abro инструкция

стабилизаторами, катализаторами, наполнителями и другими, которые в определенных условиях в результате физико-химических превращений образуют изолирующий (тампонирующий) материал.

Тампонажные цементы- представляют собой смесь неорганических порошкообразных вяжущих веществ, образующих при смешении с водой пластическую массу, застывающую в твердый камневидный материал.

В зависимости от температуры в скважинах, для которых предназначены цементы, их подразделяют на три класса:

nцементы для “холодных” скважин с температурой до 40 С (ХЦ). Температура испытания 22 +- 2 С

n цементы для горячих скважин с температурой до 75 С (ТЦ). Температура испытания 75 +- 3 С

n цементы глубоких высокотемпературных скважин с температурой выше 75 С (ВЦ). Цементы этого класса делятся на группы:

ВЦА — с температурой испытания 100+- 3 С

ВЦБ — 125 +- 3 С , ВЦВ — 150 +- 3 С , ВЦГ -200 +- 3 С

Наибольшее распространение при проведении РИР находит тампонажный портландцемент для “холодных” и “горячих” скважин, выпускаемый в соответствие с ГОСТ 1581-78. Тампонажный цемент выпускается нескольких марок: 300, 400,500, 600. Плотность портландцемента 3120-3150 кг/м3, насыпной массы в рыхлом состоянии — 900-1100 кг/м3, в уплотненном 1400-1700 кг/м3.

В зависимости от жидкости затворения растворы на основе тампонажных цементов делятся на водные, водоэмульсионные (водонефтяные) и нефтецементные (дизельное топливо, керосин, безводные нефти и другие), а по времени начала схватывания быстросхватывающиеся со сроком схватывания менее 40 минут, ускоренно схватывающиеся (от 40 мин. До 1 час.20 мин.), нормально схватывающиеся ( от 1ч. 20 мин. До 2 часов) и медленносхватывающиеся (более 2 часов).

По плотности тампонажные растворы делятся : на легкие с плотностью до 1300 кг/м3, облегченные 1300-1750 кг/м3, нормальные 1750-1950 кг/м3, утяжеленные 1950-2200 кг/м3, тяжелые -выше 2200 кг/м3.

Для увеличения сроков схватывания цементных растворов применяют реагенты- замедлители; сульфитно-спиртовую барду (ССБ), карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ) различных марок, винно-каменную кислоту (ВКК) и другие.

В качестве реагентов-ускорителей сроков схватывания цементных растворов применяют хлориды натрия и кальцит, каустик, хлористый алюминий и другие.

Синтетические смолы на основе сланцевых фенолов.

Использование смол в качестве изоляционного реагента основано на их полимеризации (отверждение) при взаимодействии с отвердителем и оборудованием прочного полимера из всего объема смеси. Систематические смолы выпускают ТСД-9 и ТС-10. В качестве отвердителя смолы ТСД-9 используют формалик, смолы ТС-10- употронин или смесь употронина с формалином.

Алкилрезорциновая элоксифенольная смола (АЭФС).

Применение АЭФС в качестве изоляционного реагента основано на ее полимеризации при смешивание с отвердителями с образованием прочного полимера. В качестве отвердителя АЭФС применяют полиэтиленполиамин (ПЭПА) марки Б, выпускаемый в соответствии с ТУ 6-02-594-70. На основе растворов АЭФС можно приготовить смеси с наполнителями: тампонажным цементом, кварцевым песком, древесными опилками, пордным волокном и др. Применяя цемент на основе АЭФС, можно приготовить смеси плотностью 1050-1700 кг/м3. Время отверждения растворов АЭФС и смесей на их основе зависит от температуры и регулируется содержанием отвердителя.

Гидролизованный полиакрилонитрил (Гипан) — это высокомолекулярное соединение, производное полиакриловой кислоты. Использование гипана в качестве изоляционного реагента в чистом виде основанона его свойстве ноагулировать при контакте с электролитами, содержащими ионы поливалентных металлов (Са, Мд, Аl. Feи др.) с образованием осадка в виде сгустков и нитей полимера.

Гипано- формалиновые смеси.

Гипано — формалиновые смеси (ГФС) представляют собой однородную жидкость, приготавливаемую непосредственно перед закачиванием в скважину из гипана, формалина и соляной кислоты. Применение ГФС в качестве изоляционного реагента основано на сшивке молекул гипана формальдегидом в присутствии соляной кислоты (инициатора) с образованием студня (геля). В зависимости от соотношения исходных продуктов можно приготовить смеси с различным временем их превращения в гель и различными физико — механическими характеристиками: прочностью на сдвиг или пределом текучести и т.д.

Полиакриламид (ПАА) — это синтетическое высокомолекулярное вещество, обладающее ограниченной растворимостью в воде. В водных растворах молекула ПАА имеет повышенную склонность к ассоциации, растворы ПАА обладают высокой вязкостью и проявляют характерные неводопластичные свойства. Использование ПАА в качестве изоляционного реагента основано на высокой адсобции его молекул на поверхности породы, косегуляции ПАА при взаимодействие с растворами поливалентных металлов с образованием большого объема хлопьевидного осадка и высокой флокулирующей способности молекул ПАА. В качестве изоляционного реагента водные растворы ПАА используют как самостоятельно, так и в смеси с растворами каустической соды и жидкого стекла.

Реагент АКОР представляет собой смесь этиловых эфиров ортокремневой кислоты с кристаллогидратом хлорного железа

Тампонажный цемент

Тампонажный цемент, универсальный вяжущий строительный материал, используемый в различных областях промышленности. Марки и типы цементных смесей определяются исходя из вещественного состава, включающего клинкерную основу, минералогический состав которой определяет общие механические свойства цемента, и наборов химических добавок, влияющих на физические свойства цементного раствора.

Портландцемент тампонажный включён в группу вяжущих средств на основе различных марок портландцемента и используется на заключительном этапе работ по строительству нефтяных, газовых скважин (цементирование скважин) или в процессе производства работ по ремонту и восстановлению скважин. Требования, предъявляемые к техническим характеристикам тампонажного цемента, регламентируются действующими нормативами (ГОСТ 1581-96). Предлагаем купить тампонажный цемент различных марок для цементирования нефтяных и газовых скважин, строительство которых предусматривает необходимость учитывать геологическое строение пластов, глубину и технологию производства процесса крепления скважин. Химический состав и физико-технические характеристики предлагаемой продукции обеспечат создание прочного монолита в затрубном пространстве скважин.

Рабочие характеристики

Рабочие характеристики марок цемента, используемого для цементирования скважин, должны обеспечивать следующие технологические параметры:

  1. Обеспечивать надёжность разобщения пластов, для предотвращения перетока жидкостных и газовых сред.
  2. Обеспечивать защиту обсадных колонн от возможных подвижек пластов и воздействия агрессивных соединений.
  3. Обеспечение производства безаварийного процесса цементирования в соответствии с технологической картой тампонажных работ.
Читайте так же:
Японский цемент для фиксации коронок

В качестве основных характеристик выделяют следующие физические параметры цемента:

  • время схватывания и время затвердения цементного раствора;
  • удельный вес;
  • плотность;
  • прочностные показатели (на сжатие, на изгиб) монолита.

Выбор марки цемента определяется на основании данных геологических и климатических исследований проводимых в районе бурения скважин, возможностей технического оснащения производственного процесса закачки цементного раствора в затрубное пространство. Заказывая тампонажный цемент, организации и компании нефтегазодобывающей отрасли должны учитывать данные инженерно-технологических служб предприятия.

Оптимизированные технические параметры различных марок цемента

Представителям нефтегазодобывающих предприятий предлагается купить тампонажный цемент с уже оптимизированной по химическому составу структурой, определяющей его технические характеристики. В зависимости от используемых химических компонентов и минеральных добавок, входящих в состав готовой смеси, цемент классифицируется по нескольким основным параметрам:

  1. Удельный вес и плотность. Данные показатели необходимо учитывать при производстве цементирования скважин. Облегченный цемент используется при креплении глубоких скважин. Малый удельный вес и оптимально подобранная плотность рабочего раствора обеспечивают прокачку раствора в затрубном пространстве на высоту, определяемую геолого-техническим нарядом, без опасения разрыва пластов и возможности выхода из строя используемого цементировочного оборудования. Утяжелённые марки используются для цементирования устья скважин на небольшие глубины и в случае цементирования глубоких скважин, где утяжелённый цемент закачивается в последнюю очередь, обеспечивая возможность прокачки облегчённого цемента на заданную высоту.
  1. Температурный режим оптимального использования. Технические параметры цементного раствора закачиваемого в скважину могут меняться в зависимости от температуры. Стандартный портландцемент имеет предельно допустимые интервалы температурного режима, при которых его технические параметры будут соответствовать расчетным показателям для качественного производства работ. В условиях повышенных температур (район установки нижней части обсадной колонны) и низких температур (устье скважины в районах Крайнего Севера) скорость химических реакций в цементном растворе может меняться. Для оптимизации технологического процесса крепления скважин (цементирование) предусмотрены марки низкотемпературных цементов (рекомендуемый температурный режим использования 15º-50ºC) и высокотемпературные марки (100º-150ºC).
  1. Устойчивость к сульфатным соединениям. Присутствие кислотных и щелочных элементов в прилегающих к стволу скважины пластах не только изменяет общий, первоначальный химический состав цементного раствора, но и оказывает разрушительное воздействие на монолит готовой конструкции скважины. Для снижения негативных последствий для цементирования используется марки цемента с высокими и умеренными коэффициентами устойчивости к воздействию сульфатов.

Потенциальным заказчикам предлагается заказать тампонажный цемент с уже оптимизированным составом, не требующим сложного процесса добавки и смешивания отдельных компонентов для оптимизации процесса цементирования. Также предоставляется возможность заказать и купить марки цемента, состав которых может использоваться и в качестве самостоятельного компонента, и как основа для приготовления нужного состава непосредственно на производстве.

Насыпная и истинная плотность цемента

Цемент является основным компонентом сухих смесей строительного назначения, которые используются при возведении зданий, сооружений, укладке дорог, выполнении железобетонных конструкций или штукатурно-отделочных работ. В строительной практике плотность цемента (как отношение массы к объему) разделяется на насыпную и истинную. Эти две характеристики отличаются тем, что насыпная плотность измеряется, когда материал находится в рыхлом состоянии. Она составляет 1100 – 1600 кг/куб. метр (1600 кг/куб.метр для уплотненного состояния).

Насыпная плотность цемента измеряется на специальном приборе, состоящем из воронки и мерного цилиндра. Цементная смесь определенной массы (2 килограмма) засыпается в воронку, которая задерживает крупные включения. После этого она попадает в цилиндр, обравнивается, а потом совместно с цилиндром взвешивается. Из общего полученного веса вычитается вес цилиндра. Далее масса делится на объем и получается искомая величина. Значение насыпной плотности используется при загрузке в бетоносмеситель компонентов для приготовления бетона.

Истинная плотность цемента отличается от насыпной тем, что из цемента исключаются все воздушные компоненты. Это приводит к увеличению плотности до 3000 – 3200 кг/куб. метр. В строительстве для расчетов применяется средняя величина около 1300 кг/куб. метр. Предполагается, что цемент, плотность которого варьируется в таких широких пределах, тем лучше по качеству в строительной смеси, чем ближе значение плотности к усредненной.

Плотность цемента зависит от степени измельчения компонентов, поверхности зерен в материале, а также от того, как просушивалась смесь в силосах. Также среди факторов можно отметить условия хранения – температурный режим, уровень влажности и другие характеристики. Плотность такого материала как цемент в дальнейшем определяет такие параметры, как прочность и устойчивость к проникновению воды (гидрофобность).

Плотность цемента М400 зависит от разновидности этого вида материала. Например, М400-Д0 не имеет добавок (Д=0), поэтому марка применяется на подземных и подводных работах, имеет высокую водостойкость, плотность и прочность. Цемент М400-Д20 имеет около 20% добавок, которые снижают его плотность. Поэтому этот цемент применяют для плит перекрытия, дорожных работ, сооружения отмосток, дорожных и тротуарных плит. А вот марка М400-Д20-Б похожа на М400-Д0 по своей прочности, однако очень быстро затвердевает, что позволяет ее использовать для производства железобетонных конструкций.

Цифра 400 в маркировке М400 означает, сколько килограммов цемент выдерживает в затвердевшем состоянии на квадратный сантиметр. В нашем случае – это 400 кг. Чем выше цифра, тем более высокую нагрузку он может принять на себя. Цемент предлагается заказчикам в мешках или навалом. В мешках строительный материал поставляется для отделочных операций, а навалом – на бетонные заводы для промышленного использования. Однако есть мешки очень большой емкости, которые могут вместить до одной тонны. Их также применяют для работы со строительными материалами в больших объемах.

Читайте так же:
Бетон пропорция щебень песок цемент калькулятор

Тампонажный цемент в строительстве: что это такое, где применяют, состав, технические характеристики

Особенности тампонажного цемента

Раствор для тампонажных работ приготавливают из цемента со специфическими свойствами. Материал:

  • имеет тонкий помол;
  • затвердевает в короткие сроки, при этом смесь цемента с водой долго сохраняет текучесть, что позволяет ее свободно закачивать;
  • схватывается и затвердевает, несмотря на контакт с водой;
  • совместим с разнообразными добавками.

Монолитная конструкция, выполненная из тампонажного раствора, на протяжении многих лет сохраняет целостность и не теряет прочности благодаря устойчивости к влиянию окружающих сред, в том числе агрессивных.

Cостав

Основой для производства тампонажного цемента служит измельченный клинкер (от 80%) и гипс (2-3,5%). К ним добавляются различные минеральные вещества для приготовления рабочих смесей с заданными свойствами. Применяется несколько видов тампонажных растворов:

  • Гигроскопический. Добавкой служит триэтаноломин.
  • Песчанистый. К основному составу добавляют гипс, кварцевый песок.
  • Утяжеленный. В число утяжеляющих добавок входят железнорудные минералы (магнетит, гематит, шпальт).
  • Солестойкий. Тонкоизмельченный кварцевый песок, добавленный в раствор, позволяет создать материал, защищающий трубы от коррозии под воздействием грунтовых вод с высоким содержанием соли.

К специальным тампонажным портландцементам относят сульфатостойкую смесь, устойчивую к агрессивным средам.

В сложных геологических условиях, в том числе если в разрезе имеются пласты поглощающие или склонные к гидроразрыву, цементирование глубоких скважин осуществляется с использованием облегченных растворов. Облегченный тампонажный цемент изготавливается путем введения добавок, снижающих плотность состава – золы, трепела, диатомита, алюмосиликатных микросфер и т.д.

Еще ниже плотность легких тампонажных цементов, предназначенных для работ на большой глубине и для ремонта разрушенных участков оболочки. Такие материалы проще закачивать, они обладают высокой адгезией и хорошо сцепляются со старой цементной оболочкой трубы, способны заполнять пустоты и трещины. Добавками служит каолин, полые алюмосиликатные микросферы и т.д.

Отличие тампонажного и расширяющегося цемента. При цементировании скважин в пористых и рыхлых горных породах требуется создать оболочку из цементного камня, не склонного к усадке.

Расширяющийся цемент содержит добавки, благодаря которым в цементном растворе происходят химические реакции с образованием кристаллических продуктов. Таким образом, раствор в процессе застывания увеличивается в объеме, при этом получившийся камень имеет плотную структуру. Обычные тампонажные цементы не расширяются при твердении.

Маркировка тампонажного цемента

Тампонажный цемент производится в соответствии с ГОСТ 1581-96. Материал имеет маркировку ПТЦ (портландцемент). В зависимости от характеристик и свойств, тампонажный цемент бывает:

  • Бездобавочным (I, I-G, I-H), с добавлением минеральных веществ (II), с примесями, регулирующими плотность состава (III).
  • Утяжеленным (Ут), облегченным (Об);
  • Для применения при низких и нормальных (15-50°С), умеренных (51-100°С) и повышенных (101-150°С) температурах;
  • Обычным и сульфатостойким (СС).

В стандартной маркировке указывается тип цемента, его сульфатостойкость, средняя плотность, максимально допустимая температура применения, степень пластификации (ПЛ) или гидрофикации (ГФ), номер ГОСТа.

Рабочие характеристики зависят от марки тампонажного цемента и особенностей его изготовления. В таблице ниже приведены пределы, в которых могут варьироваться показатели материала.

Удельная поверхность, м2/кг

Данные характеристики тампонажного цемента приводятся в сертификате на продукцию вместе с информацией о дате изготовления и объеме партии материала.

Основные технические характеристики


Свойства тампонажного портландцемента строго регламентированы государственным стандартом, которым должны руководствоваться производители вяжущей смеси.

Основными техническими показателям ТП по ГОСТу 26798.1-96 являются:

  • Удельная насыпная плотность — 800 -1200 кг/м.
  • Насыпная поверхность — 250-1500 м2/кг (зависит от тонкости помола, минералогического состава раствора и добавок, включенных в раствор).
  • Подвижность около 18-25 см при в/ц=0,5. Нижний уровень — 16 см, когда смесь сохраняет пластичность.
  • Водосодержание — 0,35 -0,4 (практически). Теоретически — 0,2 — 0,25. Чтобы получить пластичный раствор, нужно добиться 18 см расплыва материала по АзНИИ-конусу. Это означает, что для каждой партии цемента и раствора количество жидкости больше нормы.
  • Сроки схватывания на начальной стадии — не раньше 1 часа 45 минут. Окончание затвердевания — не позднее 10 часов.
  • Прочность — 27-62 кг/см2.
  • Усадка — не допускается.
  • Водоотделение — не больше 7,5-10 мл.

Указанные технические характеристики должны содержаться в сертификате наряду со сведениями о партии и дате изготовления.

Как и у обыкновенного, у тампонажного сохраняются все свойства в течение 6 месяцев. Активность раствора теряется при взаимодействии с влагой и контакте с открытым воздухом. Сроки затвердевания после затворения жидкостью зависят от температурного режима в скважине, количества натрия хлора, хлористого калия в составе смеси. Если температура выше 60 °С, диапазон колеблется от 10 минут до 10 часов. Если ниже — от 2 до 12 часов.

Сферы применения

Применение тампонажного цемента обусловлено его главным качеством: материал имеет высокие показатели прочности с самого начала затвердевания. Данный вид цемента в первую очередь предназначен для тампонирования нефтегазовых скважин. В процессе цементирования одновременно вытесняется буровая смесь.

Тампонажный цемент для скважин закачивается с помощью насосного оборудования – чтобы обеспечить текучесть раствора объем воды должен превышать объем сухих компонентов в два раза. Получившаяся масса (пульпа) характеризуется высокой подвижностью, после затвердевания она образует плотный монолит, не склонный к усадке, между обсадной трубой и стенками скважины. При этом материал плотно сцеплен как с трубой, так и со стенками пробуренного в горных породах ствола.

Читайте так же:
Готовые цементные смеси для внутренних работ

Цементная оболочка служит защитой обсадной трубы от сдвижек пластов, от контакта с грунтовыми водами, агрессивными газообразными средами. Тампонажный цемент применяется для укрепления дна скважины и сокращения ее глубины, для устранения повреждений самой обсадной колонны.

В строительстве данный вид цемента практически не используется. Исключением служит применение тампонажного цемента для фундамента из буровых свай, которые устанавливаются на сложных грунтах.

Устройство тампонажного слоя

При сооружении фундамента мелкого заложения в случае большого притока грунтовых вод в котловане приходится укладывать тампонажный слой бетона под фундаментом (рис. 2.8).

Технология укладки тампонажного бетонного слоя методом вертикально перемещаемой трубы (ВПТ) состоит в следующем:

  • на подмостях (размещенных, например, на ограждении), устанавливают бетонолитные трубы, состоящие из звеньев длиной 3–4 м, которые соединяют фланцевыми стыками; в верхней части трубы снабжены воронками, каждая емкостью по 1,2–1,5 м;
  • в горловине воронки устраивают пробку (например, из мешковины, заполненной паклей), прикрепленную проволокой к верху воронки;
  • бетонолитную трубу опускают нижним концом в воду на дно котлована;
  • в приемный бункер подается порция литой бетонной смеси с осадкой конуса 16–18 см, полностью заполняющая бункер;
  • проволоку, соединяющую пробку с верхом воронки, обрубают. Масса бетонной смеси, вытесняя воду, устремляется по трубе вниз. При большой длине бетонолитной трубы одновременно с открытием заслонки в горловине бункера над воронкой открывают бадью с бетонной смесью. В противном случае отжатия воды из трубы может не произойти;
  • если бетонная смесь не доходит до нужного уровня, трубу немного приподнимают краном и сразу же осаживают на дно котлована;
  • в приемный бункер подается новая порция бетонной смеси.

По мере бетонирования литая бетонная смесь постепенно растекается по котловану. С водой соприкасается только верхний слой бетона, т.к. бетонная смесь подается внутрь ранее уложенного объема. После откачки воды из котлована слабый верхний слой бетона необходимо удалить. В процессе укладки бетона методом ВПТ бетонолитную трубу после загрузки в нее порции бетонной смеси слегка наддергивают и быстро осаживают. Это делается, чтобы в любом случае обеспечить заглубление трубы в бетонную смесь не менее чем на 0,8 м и не более чем на 2 м. Мастер обязан непрерывно делать промеры уровня бетона и контролировать достаточность погружения конца трубы в слой бетона.

Рис. 2.8 – Подводное бетонирование по методу ВПТ: a – общая схема; б – порядок работ; 1 – бетонолитная труба; 2 – воронка; 3 – подводный бетон; 4 – клапан; 5 – пробка

Для бетонирования водозащитной подушки в котловане используют несколько бетонолитных труб, которые размещают так, чтобы обслуживаемые ими площади участков перекрывали бетонируемую площадь, накладывала, одна на другую.

Радиус действия бетонолитной трубы R, м, определяется из выражения

где К – показатель сохранения подвижности бетонной смеси, – время, за которое осадка конуса уменьшается до 0,15 м (К = 0,65 ч);

I – интенсивность бетонирования, принимаемая для котлованов не менее 0,3 м3/м2ч (желательно, чтобы эта величина составляла 1–1,2 м3/м2ч, тогда R = 3–4,5 м).

Бетонирование начинают с одной из труб, расположенных у края котлована. Следующая труба включается в работу после того, как бетонная смесь, растекаясь по площади котлована, покроет нижний конец трубы на 30–40 см. При бетонировании несколькими трубами укладка бетонной смеси осуществляется последовательно. Расстояние между соседними трубами не должно превышать 0,7 радиуса действия трубы.

Осуществляя подводное бетонирование, нельзя допускать прорыва воды внутрь трубы. Если же это случилось, надо прекращать процесс бетонирования. Его можно возобновить немедленно, если перерыв не превысил время сохранения подвижности бетонной смеси. Если это время превышено, бетонирование можно продолжать только после достижения подводным бетоном прочности 2–2,5 МПа,

При укладке литой бетонной смеси получается подводный бетон низкой прочности (если расход цемента составляет 400 кг/м3, бетон получится прочностью всего в 10–15 МПа).

Когда есть необходимость получить подводный бетон более высокой прочности, надо резко увеличить расход цемента до 600 кг/м3 и повысить жесткость бетонной смеси. Но жесткая бетонная смесь плохо растекается по котловану, поэтому при ее укладке необходимо применять вибрирование. Для получения жестких бетонных смесей с осадкой конуса 6–10 см к концевому (нижнему) звену трубы длиной до 20 м жестко крепится один вибратор (вибробулава) или два, если длина трубы превышает 20 м. Вибрирование облегчает прохождение смеси по трубе и ее растекание по площади котлована. Максимальный радиус распространения жесткой бетонной смеси при подводном бетонировании с вибрированием составляет 3 м. Вынужденный перерыв в бетонировании не должен превышать 1,5 ч.

Минимальная толщина тампонажного слоя бетона, укладываемого на грунтовое дно, определяется по расчету из условия (hбabγб + G = hwγwab) – равенства веса подушки и гидростатического выталкивающего воздействия воды (с коэффициентом запаса 1,1), но не менее 1,5 м. Водоотлив из котлована разрешается только после набора подводным бетоном прочности не менее 5 МПа. Подводный массив, сооружаемый методом ВПТ, следует доводить до отметки, на 10 см превышающей проектную отметку, чтобы была возможность удалить верхний слабый слой бетона после откачки воды из котлована.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector