Процессы твердения тампонажного раствора
Основным видом тампонажного раствора является портландцемент и его разновидности. Тампонажные растворы (портландцемент) классифицируют несколькими способами:
- По вещественном составу такие растворы могут быть следующих категорий: I (бездобавочный), I-G (бездобавчоный, водовцементное отношение равно 0,44), I-H (бездобавочный, водоцементное отношение равно 0,38), II (с минеральными добавками), III (с специальными добавками, которые регулируют плотность раствора).
- По плотности тампонажный раствор может быть утяжеленный или облегченный.
- По температуре применения тампонажный раствор бывает низких и нормальных температур (от 15 до 50 градусов), умеренных температур (от 51 до 10 градусов) и повышенных температур (от 101 до 150 градусов).
- По сульфитостойкости тампонажные растворы могут быть: обычные (требования по сульфитостойкости не предъявляют), сульфитостойкие, умеренной сульфитостойкости и высокой сульфитостойкости.
Твердение тампонажного раствора обусловлено сложными физико-химическими и химическими процессами, которые возникают из-за взаимодействия воды с клинкерными минералами, в результате чего образуются гидратные соединения, почти не подвергнутые процессу растворения.
При смешивании тампонажного раствора с водой на начальных этапах твердения в реакции гидратации (присоединение в ионам или молекулам воды) участвуют алюмоферриты кальция и алюминаты, из-за более высокой скорости растворения, в сравнении с другими составляющими раствора (алит и белит). Раствор становится, из-за образования гидроалюминатов и гидроферритов кальция. В общем виде химическая формула такого раствора выглядит следующим образом:
$xCaO*yAl_2 O_3*mH_2 O$ или $xCaO*yFe_2 O_3*mH_2 O $
где, значение коэффициентов $m, x, y$ зависит от термодинамических условий протекания процесса гидратации.
Примерно через 2-6 часов гидроалюминатов и гидроферритов кальция становится слишком много, что становится причиной возникновения «стесненных» условий, из-за чего образуется коагуляционная структура, которая позже переходит в кристаллизационную. Примерно через 8 – 10 часов пространство между зернами раствора заполняется кристаллами. Раствор начинает терять свою пластичность и подвижность и становится более прочным.
Далее в реакцию гидратации вступают алит и белит, в результате этой реакции образуется тонкопористый ворс из кристалликов (силикатная структура), которая также увеличивает степень прочности тампонажного камня, а через сутки эта структура начинает преобладать над гидроалюминатами и гидроферритами кальция. Через 30 дней эта структура уже образует 100 % объема тампонажного камня.
Классификация процессов коррозии цементного камня
Коррозия цементного камня – процесс снижения прочностных свойств цементного камня, из-за негативного воздействия окружающей среды.
Все виды коррозии можно разделить на три группы:
- Термическая.
- Химическая.
- Физическая.
Физическая коррозия цементного камня происходит из-за негативного воздействия окружающей среды, при котором не происходит какого-либо химического взаимодействия между камнем и окружающей средой. Обычно такой вид коррозии происходит при воздействии на камень меняющейся температуры и периодического увлажнения, а также при действии солей в его порах. Физическая коррозия цементного камня может стать причиной смятия обсадных колонн скважины.
Методы защиты от физической коррозии цементного камня включают в себя: снижение водоцементного отношения, покрытие защитными пленками и веществами, а также интенсивное уплотнение.
Химическая коррозия цементного камня происходит из-за химического взаимодействия составляющих элементов камня и окружающей средой. Причиной коррозии цементного камня в скважине чаще всего становятся пластовые воды, которые содержат в растворенные соли щелочей и кислот, являющихся агрессивными по отношению к цементному камню.
Методы защиты от химической коррозии включают в себя карбонизацию (создание защитного слоя из карбоната кальция), пуццоланизация (добавление в раствор веществ, которые способствуют образованию труднорастворимых соединений), автоклавная обработка и применение белитовых растворов.
Термическая коррозия цементного камня обусловлена фазовыми переходами продуктов твердения в фазы, которые более устойчивы к температуре, в результате такого перехода происходит укрепление кристаллов и уменьшение площади их поверхности. Данный вид коррозии характерен для высокотемпературных скважин.
