Реакция цемента с алюминием

ТЕРМОХИМИЯ РЕАКЦИЙ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СУЛЬФАТОВ НАТРИЯ И АЛЮМИНИЯ С КОМПОНЕНТАМИ ГИДРАТИРУЮЩЕГОСЯ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА

• Аннотация
• Об авторе
• Список литературы
• Cited By

Аннотация

В технологии бетона для решения различных задач широко применяют химические добавки, в том числе сульфатосодержащие добавки-электролиты – ускорители схватывания и твердения цемента. Механизм действия добавок-ускорителей схватывания и твердения цемента достаточно сложен и не может считаться надежно установленным. Влияние сульфатосодержащих добавок типа сульфата натрия сводится к ускорению гидратации силикатных фаз цемента за счет повышения ионной силы раствора. Кроме того, существенное влияние на твердение оказывают обменные реакции аниона добавки с фазой портландита (Са(ОН)₂) и алюминатными фазами твердеющего цемента, что ведет к образованию легкорастворимых гидроксидов и труднорастворимых солей кальция. Влияние сульфатосодержащих добавок на свойства цементного теста и камня достаточно разнообразно и зависит от концентрации соли и вида катиона. Например, действие добавки сульфата алюминия осложняется тем, что в воде добавка подвергается гидролизу, который усиливается в щелочной среде цементного теста. Образование продуктов гидролиза и их реакция с алюминатными фазами и портландитом цемента приводят к существенному ускорению схватывания. Таким образом, несмотря на схожесть добавок по участию анионов в обменных реакциях, механизм влияния их на схватывание и твердение цемента существенно различается. В настоящей статье рассмотрены особенности механизма взаимодействия добавок сульфатов натрия и алюминия в цементных композициях с позиций термохимии. Приведены термохимические уравнения реакций сульфатосодержащих добавок с фазами гидратирующегося цементного клинкера. Рассчитаны тепловые эффекты химических реакций и определено влияние образующихся продуктов на процессы схватывания и твердения портландцемента.

Ключевые слова

Об авторе

Доктор технических наук, доцент

Адрес для переписки: Юхневский Павел Иванович Белорусский национальный технический университет, просп. Независимости, 150, 220114, г. Минск. Тел.: +375 17 265-95-87 tbsm@bntu.by

Список литературы

1. Батяновский, Э. И. Эффективность и проблемы энергосберегающих технологий цементного бетона. Ч. 1 / Э. И. Батяновский, Е. А. Иванова, Р. Ф. Осос // Технологии бетонов. 2009. № 2. С. 67–69.

2. Ратинов, В. Б. Добавки в бетон / В. Б. Ратинов, Т. И. Розенберг. М.: Стройиздат, 1973. 207 с

3. Эгбалник, С. Технология и эффективность защиты твердеющего бетона веществом сульфоалюмината / С. Эгбалник, Э. И. Батяновский // Строительная наука и техника. 2013. № 1. С. 14–21.

4. Вовк, А. И. «Реламикс Торкрет»: механизм действия и особенности набора прочности торкрет-бетоном / А. И. Вовк // Технологии бетонов. 2011. № 11–12. С. 25–27.

5. Вовк, А. И. Суперпластификаторы в бетоне: еще раз о сульфате натрия, наноструктурах и эффективности / А. И. Вовк // Технологии бетонов. 2009. № 5. С. 18–21.

6. Юхневский, П. И. О взаимосвязи характеристик молекулярной структуры химических добавок-пластификаторов с их эффективностью в цементных композициях / П. И. Юхневский // Наука и техника. 2012. № 1. С. 48–51.

7. Рабинович, В. А. Краткий химический справочник / В. А. Рабинович, З. Я. Хавин. Л.: Химия, 1978. 392 с.

8. Затковецкий, В. М. Гидролиз солей / В. М. Затковецкий. М.: МИСИ, 1983. 47 с.

9. Васильев, А. С. Влияние алюмосодержащих ускорителей на гидратацию и твердение портландцемента / А. С. Васильев. СПб., 2014. 19 с.

10. Effects of High Accelerator Dosages on the Physical, Chemical and Morphological Properties of a Hydrating Portland Cement Paste / C. Maltese [et al.] // Proc. Ninth ACI International Conference on Superplasticizers and Other Chemical Admixtures, Seville, Spain, October 2009, SP 262 – 15. Р. 201–213.

Для цитирования:

Юхневский П.И. ТЕРМОХИМИЯ РЕАКЦИЙ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СУЛЬФАТОВ НАТРИЯ И АЛЮМИНИЯ С КОМПОНЕНТАМИ ГИДРАТИРУЮЩЕГОСЯ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА. НАУКА и ТЕХНИКА. 2018;17(2):142-145. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2018-17-2-142-145

For citation:

Yukhnevskiy P.I. THERMOCHEMISTRY OF INTERACTION REACTIONS FOR SODIUM AND ALUMINUM SULPHATES WITH COMPONENTS OF HYDRATING PORTLAND CEMENT. Science & Technique. 2018;17(2):142-145. (In Russ.) https://doi.org/10.21122/2227-1031-2018-17-2-142-145

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

Исследована пригодность синтетических гуминовых кислот в качестве пенообразователя в производстве ячеистых неавтоклавных бетонов. Показано, что водно-щелочные растворы гуминовых кислот склонны к образованию отвердевших пен и могут быть рекомендованы в качестве поверхностно-активных веществ при производстве неавтоклавного газобетона.

Введение

В технологии современного гражданского строительства широко востребован такой конструкционный материал как ячеистый бетон. Наибольшее распространение в строительстве получили пенобетонные и газобетонные блоки, хотя из пенобетона можно делать и монолитные конструкции, которые в последнее время становятся все более популярными.

Изделия из пенобетона производятся автоклавным и безавтоклавным способами. Широкое распространение получило производство безавтоклавного пенобетона. Этот вид пенобетона дольше набирает необходимую структурную прочность, чем пенобетон, подвергнутый твердению в автоклаве. Но при этом производство удешевляется: не требуется дорогого автоклавного оборудования, что делает изделия из безавтоклавного пенобетона более привлекательными. По оценкам специалистов, себестоимость изделий из неавтоклавного пенобетона в 1,5–2 раза ниже, чем из автоклавного.

На свойства пенобетона оказывает большое влияние качество пенообразователя. В настоящее время в основном применяются синтетические пенообразователи на основе органических соединений как отечественного, так и импортного производства. Существуют и специальные добавки – ускорители схватывания и твердения. Добавка антиморозных присадок позволяет осуществлять монолитные заливки пенобетоном до минус 15 – минус 20 °С.

Большой интерес при производстве ячеистого бетона представляет использование в качестве пенообразователя солей гуминовых кислот (ГК) – гуматов. Гуминовые кислоты хорошо растворимы в водных растворах щелочей и нерастворимы в воде, что позволяет их вводить в состав цементного камня. При отверждении бетона гуматы равномерно распределяются в теле бетонного камня, затворяются в нем, так как они нерастворимы в воде.

Среди потенциальных преимуществ использования ГК в производстве пенобетона можно выделить следующие:

1. ГК являются поверхностно-активными веществами (ПАВ), вызывают вспенивание водно-щелочных растворов и таких коллоидных систем, как цементный раствор;
2. ГК вступают в межмолекулярное взаимодействие с ионами минеральной части цементных растворов, обволакивая их и образуя глобулу (на практике это приводит к образованию дополнительного количества твердой пены);
3. являясь ПАВ, ГК образуют водоотталкивающую пленку на поверхности цементного камня, прочно связанную с бетоном, таким образом придавая композиции водоотталкивающие свойства;
4. взаимное проникновение отдельных макромолекул между отдельными микрокристаллами кристаллогидрата бетонной композиции приводит фактически к микроармированию бетона и усилению его прочностных свойств на статические нагрузки;
5. обладая способностью удерживать воду в связанном состоянии, ГК при введении в состав цементного раствора способны делать более равномерным твердение цементного камня, независимо от колебаний температуры и влажности окружающей среды;
6. находясь в растворенном состоянии, ГК понижают температуру замерзания цементного раствора, что позволяет производить цементные работы в области отрицательных температур окружающей среды (чем больше ГК введено в раствор, тем ниже температура замерзания);
7. обладая способностью не окисляться и не подвергаться микробному воздействию, ГК сохраняют свои свойства в течение всего срока эксплуатации конструкции;
8. ГК обладают антибактерицидными свойствами, подавляя жизнедеятельность таких микроорганизмов, как палочка Коха (возбудитель туберкулеза);
9. ГК являются не горючими веществами;
10. ГК безвредны для человека, животных и растений.

Известно, что гуминовые кислоты обладают свойством вытеснять фосфорную и кремниевую кислоту из их солей, и, в частности, из алюмосиликатов [1]. При этом образуются очень прочные соединения с ионами алюминия, железа, кальция, в которых ион металла выступает в качестве комплексообразователя, а ГК – в качестве лиганда. Если молекула ГК имеет развернутую структуру, то взаимодействие с ионами алюминия, кальция или железа приводит к образованию свернутой глобулярной структуры [1]. Данная реакция комплексообразования может быть использована для получения отвердевших пен – ячеистых бетонов. Однако ГК природного генезиса зачастую находятся в свернутом (глобулированном) состоянии и не могут быть использованы в производстве. Тем не менее, известен способ искусственного получения гуминовых кислот [2]. Так как в рамках описываемого способа используется малозольное сырье, не содержащее комплексообразующих ионов, то можно предположить, что образующиеся молекулы ГК имеют развернутую структуру и могут быть потенциально использованы в качестве поверхностно-активных веществ для получения ячеистых бетонов. Преимуществом синтетических ГК в производстве ячеистых бетонов может являться их более высокая молекулярная масса [3], потенциально позволяющая получать более крупные поры в структуре бетона.

Целью данного исследования являлась оценка применимости искусственно полученных ГК в рамках способа [2] в качестве ПАВ для производства безавтоклавного бетона.

Материалы и методы

В качестве объекта исследования использованы ПАВ – водно-щелочные растворы ГК, полученные из верхового сфагнового фускум-торфа (Sphagnum fuscum) Обь-Иртышской поймы со степенью разложения (R) менее 20 %. Растворы гуматов были получены в соответствии с патентом [2]. В качестве щелочей были использованы сухие вещества: гидроксид калия, гидроксид натрия и водный раствор аммиака с концентрацией 25 % квалификаций «х.ч.»

Для получения растворов гуматов навеску торфа обрабатывали в роторном кавитационном аппарате конструкции А. Д. Петракова [4] с частотой вращения ротора 3000 об./мин. раствором щелочи с концентрацией 1 моль/л в течение 10 минут. Далее охлажденный до комнатной температуры раствор ГК использовался в качестве ПАВ для приготовления песко-цементной смеси. Для получения песко-цементного раствора необходимые компоненты – песок (ГОСТ 6139-2003), цемент (марки ПЦ-400 Д 20 (ГОСТ 10178-85) и раствор ГК были взяты в соотношении 4,8 : 1,2 : 1 (доля массы). Смещение компонентов производилось в бетономешалке марки Вихрь БМ-120 в течение 5 минут при температуре окружающей среды 20 C. После разливки смеси в формы песко-цементный раствор отверждался в течение 72 ч. при температуре окружающей среды 20 °C и влажности воздуха менее 40 %. Далее образцы извлекались из форм и проводилось их испытание на изгиб и сжатие по ГОСТ 10180–90.

Результаты исследований

Анализируя влияние типа синтетических ГК на пористость бетона, необходимо отметить уменьшение плотности цементного камня при введении в его состав синтетической ГК (табл. 1). Пористость бетона не зависит от типа синтетических ГК. Плотность бетона снижается под действием синтетических ГК на 10 %. Прочностные характеристики ячеистых бетонов на сжатие полученных с применением синтетических гуминовых кислот показывают уменьшение прочности на 15–20 % (табл. 2). Аналогичные результаты получены для прочности на изгиб (табл. 3). Наилучшими показателями, с учетом плотности материала, обладает бетон, полученный с применением ГК, синтезированной из верхового торфа в водном растворе гидроксида калия (табл. 1).

Таблица 1. Влияние синтетических ГК на пористость бетонов по ГОСТ 10180-90*

Алюминий в пресной воде

Физическая химия воды

Вода является сильным растворителем, который способен растворять:

• многие неорганические и органические соединения,
• жидкости, если они являются полярными и содержат гидроксильную группу;
• газы.

Поэтому любая вода имеет переменное содержание:

• неорганических солей;
• растворенных газов;
• твердых веществ в виде суспензии и
• органических веществ.

Однако не все эти растворенные элементы влияют на коррозию алюминия. Основное влияние на коррозию алюминия оказывают растворенные в воде [2]:

• хлориды;
• ионы тяжелых металлов.

Влияние концентрации хлоридов

Обще признано, что среди всех анионов хлоридные ионы имеют самую высокую способность проникать в естественную оксидную пленку на поверхности алюминия [2]. Это происходит потому, что эти ионы очень маленькие и очень мобильные. Известно, что хлориды, а также фториды, бромиды и иодиды относятся к анионам, которые активируют коррозию алюминия в воде (рисунок 4), тогда как сульфаты, нитраты и фосфаты меньше активируют такую коррозию (рисунок 5.1) или вообще ее не активируют. Особенность хлоридов заключается в том, что они могут заменять атомы кислорода в оксидной пленке алюминия. Это приводит к ослаблению стойкости оксидной пленки к коррозии [2].

Рисунок 4 – Влияние концентрации хлоридов на стойкость к коррозии
сплава 3003 в пресной воде [2]

Рисунок 5.1 – Влияние концентрации сульфатов на стойкость к коррозии
сплава 3003 в пресной воде [2]

Точечная коррозия

В естественной пресной воде и водопроводной воде алюминий может подвергаться язвенной (точечной) коррозии (рисунок 5.2). Однако, при регулярной чистке и сушке риск серьезной коррозии очень мал. Алюминиевые кастрюли, котелки и сковородки, а также солдатские алюминиевые миски, ложки и кружки служили верой – правдой десятилетиями без каких-либо признаков коррозии.

Вероятность коррозии повышается, если вода стоячая, а алюминий находится влажным в течение длительных периодов.

Рисунок 5.2 – Точечная коррозия алюминия [3]

Влияние меди

Присутствие в алюминиевых сплавах меди значительно снижает их коррозионную стойкость. Такие сплавы применяют только при условии их надежной коррозионной защиты.

Испытательное оборудование для проверки цемента

Для реализации всех видов испытаний цемента лаборатория располагает периодически поверяемыми приспособлениями, универсальной и специализированной техникой, которая регулярно проходит регламентное обслуживание.

В помещениях лаборатории установлены:

1. Универсальные гидравлические прессы типа П-125 и ПСУ-100, позволяющие проводить тестирование образцов на изгиб и сжатие.
2. Приборы Вика, определяющие степень густоты цементного теста.
3. Формы ФБС-1 с насадками, в которых производится формовка цементных балочек.
4. Приборы типа 2035П-0,5, при помощи которых выполняются программируемые испытания образцов на изгиб.
5. Аппараты Ле-Шателье, устанавливающие процентный состав примесей, в частности, количество несвязанной извести и магнезии.
6. Маятниковый копёр КМ-0,2, предназначенный для испытаний на ударный изгиб.

Имеются также стандартные испытательные сита, сферические чашки ЧЗ для смешивания, отградуированные цилиндры, камеры для пропаривания образцов и т.д. Важно, что все виды испытаний выполняются в строгом соответствии с требованиями отечественных и мировых стандартов.

Высокая квалификация, опыт работы специалистов, обширный перечень услуг лаборатории строительной экспертизы «СтройЭкспертЭкология» позволяют быстро и качественно производить заказываемые виды тестирования цемента.

Применение расширяющихся тампонажных материалов для ремонтно-изоляционных работ на месторождениях ПАО «Газпром Нефть»

Хасаншин Р. Н., Михайлов С.А. ПАО «Газпромнефть-НТЦ»

Журнал «Инженерная практика»

Причинами обводнения скважинной продукции при эксплуатации нефтяных скважин становятся негерметичность эксплуатационной колонны (НЭК), заколонная циркуляция (ЗКЦ), прорыв нагнетаемой воды по наиболее проницаемым пропласткам При этом проведение работ (РИР) часто осложняется различными факторами, такими как большой интервал изоляции (при отключении пластов и интервалов негерметичности), отсутствие количественной и качественной оценки доли поступления водопритока из нецелевого интервала, наличие неоднородного цементного камня за эксплуатационной колонной, высокие перепады давления, а также сложная инклинометрия скважины. Все эти факторы влияют на выбор водоизоляционного состава для проведения ремонтных работ.

В предлагаемой Вашему вниманию статье представлен опыт применения расширяющегося тампонажного материала (РТМ) при проведении РИР в осложненных условиях.

На сегодняшний день существует большое количество составов для РИР. Эффективность каждого состава зависит от пластовых температур, давлений и приемистости интервала изоляции.

Основной объем работ по устранению заколонных перетоков выполняется с применением тампонажных портландцементов, отверждение которых в результате химической реакции минералов с водой сопровождается эффектом контракции, то есть уменьшения абсолютного объема продуктов реакции по сравнению с объемом исходных веществ.

Также при проведении РИР используются различные растворы на основе микроцементов, гелеобразующие и вязкоупругие составы, смолы

С целью повышения качества РИР рабочая группа экспертов Центра «Газпром нефть», проведя предварительное исследование литературы по данному вопросу, приняла решение об испытании расширяющегося тампонажного материала (РТМ) и проведении работ (ОПР) на активах П и СП «Салым Петролеум Девелопмент Н.В.».

РАСШИРЯЮЩИЙСЯ ТАМПОНАЖНЫЙ МАТЕРИАЛ (РТМ)

Расширяющийся тампонажный материал — это смесь стандартного портландцемента с расширяющей добавкой, а также различными химическими и минералогическими добавками. В отличие от стандартного цементного раствора РТМ не дает усадки.

Есть два основных способа получения РТМ. При первом способе внутри образующейся структуры цементного камня возникает химическое соединение больше исходного, что приводит к «раздвижению» кристаллов твердеющего цемента и, соответственно, к увеличению его объема. Получение РТМ по первому способу осуществляется путем ввода в тампонажный состав различных добавок: хроматного шлама, каустического магнезита, раствора бишофита, хлористого натрия и хлористого кальция, смеси гипса и глиноземистого цемента, сульфата натрия, высококальциевых зол, оксида алюминия, пилиоксихлорида алюминия, негашеной извести, а также смеси оксида и феррита кальция [1].

Второй способ заключается в увеличении объема тампонажного цемента за счет газообразования. В тампонажном составе в результате химической реакции выделяется газ, пузырьки которого равномерно распределяются по объему цементного раствора, вследствие чего увеличивается общий объем тампонажного состава [2].

Для ОПР было принято решение о применении в качестве расширяющей добавки гидроксида кальция Ca(OH)2, или гашеной извести, исходным сырьем для которого служит , образующаяся в результате сжигания твердого топлива на ТЭЦ. По химическому, гранулометрическому и составам во многом идентична природному минеральному сырью, представляющему собой тонкодисперсный материал из частиц размером 3–315 мкм.

Тампонажный материал с добавлением гидроксида кальция после гидратации и размещения в запланированном интервале в заколонном пространстве скважины расширяется в процессе образования структуры цементного камня.

МЕХАНИЗМ РАСШИРЕНИЯ

Твердеющая цементная суспензия представляет собой смесь водной фазы и зерен исходного цемента, а также кристаллов новообразований, формирующих пространственный кристаллический каркас. При добавлении в цемент извести (СаО) происходит ее реакция с водой с образованием кристаллов гидроксида кальция Са(ОН)₂ (портландита) призматической вытянутой формы. Последние обладают свойством достаточно быстро увеличиваться в объеме, удлиняясь.

Растущие кристаллы раздвигают другие элементы образующейся структуры, приводя к изменению внешних размеров системы. Поскольку кристаллы Са(ОН)2 (портландит) расположены хаотично, то и свободное расширение системы, не ограниченное внешними факторами, происходит равномерно разнонаправленно. При этом несколько возрастает общая пористость системы.

Постепенно прочность пространственного каркаса увеличивается, в нем начинают возникать напряжения, создающие в скважинных условиях кристаллизационное давление цементного камня на ограничивающую поверхность. Возникает механическое давление твердеющего цементного камня на обсадную колонну и стенки скважины.

После набора структурой определенной прочности, а также вследствие значительного снижения скорости реакции гидратации СаО, расширение прекращается. Величина механического давления расширения на ограничивающую поверхность в зависимости от степени обжига извести составляет от 0,6 до 0,8 МПа. Эти данные хорошо согласуются с данными по прочности цементного камня в момент, когда расширение прекращается.

Наглядно процесс расширения стандартного портландцемента можно увидеть на микрофотографиях, предоставленных специалистами Группы Компаний «Сервис Крепления Скважин» (рис. 1, 2).

На рис. 1 представлена поровая структура на основе ПЦТ в возрасте 48 часов, на рис. 2 — процесс расширения: вытянутые кристаллы Са(ОН)₂ «раздвигают» кристаллы цементного камня (10 ч твердения). На рис. 3 показана микроструктура цементного камня РТМ в возрасте 48 часов. Отчетливо видны крупные кристаллы портландита, заполнившие поровое пространство цементного камня.

УСЛОВИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ОПР

В период с октября 2016 по январь 2017 года на скважинах добывающего фонда филиала проводились ОПР с подтверждением наличия ЗКЦ по результатам геофизических исследований скважин (ГИС). Всего были выполнены пять . По данным ГИС после проведения РИР было подтверждено отсутствие ЗКЦ на всех пяти скважинах.

Работы проводились в скважинах с умеренными температурами (51–100°С), с линейным расширением тампонажного состава от 8 до 13%. Был подобран состав РТМ с оптимальными реологическими параметрами и положительными показателями, простой в приготовлении в полевых условиях в процессе затворения.

ОПР НА СКВАЖИНЕ СУТОРМИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

В скважине Суторминского месторождения с перфорацией пласта БС7 в интервалах 2512–2516 и 2524–2528 м по результатам исследований (ПГИ, азотирование) отмечалось поступление воды через верхние перфорационные отверстия с перетоком с глубины 2457,6 м. Мощность непроницаемых интервалов сверху между верхними водоносным пластом и кровлей пласта БС7 составляет 10 м. Гидроразрыв пласта (ГРП) в скважине не проводился.

Цель РИР — ликвидация заколонного перетока сверху (рис. 4).

Подготовка скважины к проведению РИР осуществлялась по следующему алгоритму:

• спуск и райбирование эксплуатационной колонны (ЭК) в интервале 2400–2470 м под посадку пакера;
• отсыпка интервала перфорации до глубины 2513 м;
• опрессовка ЭК;
• перфорация спецотверстий (СО) в интервале 2512–2513 м;
• определение приемистости СО закачкой по ЭК;
• спуск и посадка технологического пакера на глубине 2442 м.

Основные свойства тампонажного раствора приведены в таблице 1.

ПГИ (азотирование) после проведения работ показали отсутствие ЗКЦ. После завершения ремонта скважина была запущена с дебитом нефти 8,1 т/сут и жидкости — 32,0 м³/сут. Дополнительная добыча нефти с момента проведения составила 3,5 тыс. т при продолжительности эффекта 458 суток.

ОПР НА СКВАЖИНЕ ВЕРХНЕСАЛЫМСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Далее ОПР были произведены на скважине Верхнесалымского месторождения с большим зенитным углом. По результатам трассерных исследований был выявлен заколонный переток вверх до глубины 3508 м и вниз до глубины 3696 м.

В связи с тем, что пласт AС11.2 перфорирован в интервалах 3608–3622 и 3627–3637 м (общая протяженность интервала перфорации составляет 24 метра) возникла необходимость в ликвидации заколонного перетока сверху и снизу.

Мощность непроницаемых интервалов сверху между верхним водоносным пластом и кровлей пласта AС11.2 составляет 16 м. Мощность непроницаемых интервалов снизу между нижним водоносным пластом и подошвой пласта AС11.2 — 5 м. ГРП на скважине не проводился (рис. 5).

Соответственно результатам ГИС работы были выполнены в два этапа по следующему алгоритму:

• спуск и райбирование ЭК в интервале предполагаемых работ;
• перфорация СО в интервале 3661–3662 м;
• посадка на глубине 3657 м;
• выполнение первого этапа РИР (ликвидация нижнего перетока);
• ожидание затвердевания цемента, отбивка забоя; • установка на глубине 3598 м;
• перфорация СО в интервале 3587–3588 м;
• посадка на глубине 3550 м;
• выполнение второго этапа РИР (ликвидация верхнего перетока);
• ожидание затвердевания цемента;
• нормализация забоя путем разбуривания цементного стакана и до глубины 3643 м;
• опрессовка интервала изоляции на давление опрессовки колонны;
• реперфорация существующих интервалов;
• трассерные исследования.

Впоследствии на скважине выполнены работы по закачке РТМ по рецептуре . Цель работ — устранение заколонного перетока снизу через интервал СО. Всего было приготовлено и закачано 2,0 м³ раствора при конечном давлении 80 атм. Основные свойства цементного раствора представлены в таблице 2. График закачки представлен на рис. 6.

Далее проводились работы по закачке РТМ по рецептуре с целью устранения заколонного перетока сверху. Всего было приготовлено и закачано 2,5 м³ раствора при конечном давлении 130 атм. График закачки представлен на рисунке 7.

Результаты ГИС и опрессовки интервала подтвердили ликвидацию ЗКЦ.

После завершения ремонта скважина была запущена с дебитом нефти 44,8 т/сут и жидкости — 60 м³/сут.

На текущий момент эффект продолжается, заметного изменения основных параметров не выявлено.

ВЫВОДЫ

По результатам ОПР технология с применением РТМ для ликвидации заколонных перетоков признана успешной. При этом рекомендуется РТМ с линейным коэффициентом расширения от 8 до 13,5%. Процесс расширения состава не должен продолжаться после завершения загустевания.

На скважинах с заколонными перетоками в обоих направлениях рекомендуется проведение работ в два этапа.

Применение расширяющегося тампонажного материала на основе гидроксида кальция показало высокую эффективность на стадии ОПР, успешно проведенных на месторождениях П и СП «Салым Петролеум Девелопмент Н.В.».

Список сокращений для таблиц

ВСО — водосмесевое соотношение; Температура ст температура статическая; Температура дн температура динамическая;
Вс — единица измерения Бердена — измерение консистенции цементного раствора при определении на под давлением;
ДНС — динамическое напряжение сдвига;
СНС — статистическое напряжение сдвига;
ПВ — пластическая вязкость.

Особенности проникающей гидроизоляции.

Проникающая гидроизоляция – это общепринятое обозначение материалов на цементной основе, водные растворы которых проникают в поры и капилляры бетона и образуют труднорастворимые соединения за счет реакций активных химических компонентов с фазами цементного камня, в результате чего достигается гидроизоляционный эффект.

Принцип действия проникающей гидроизоляции

При нанесении на сильно влажную бетонную поверхность водного раствора материала проникающей гидроизоляции возникает разность химических потенциалов: высокий на поверхности и низкий на внутренней структуре бетона. Разница химических потенциалов на границе раздела приводит к появлению осмотического давления, благодаря которому активные химические компоненты материала проникают сплошным фронтом в капиллярно-пористую структуру бетона.

Проникнув вглубь структуры бетона, активные химические компоненты в водной среде вступают в реакцию с ионами кальция и алюминия, оксидами и солями металлов, содержащимися в бетоне. В результате этих реакций образуются труднорастворимые кристаллогидраты игольчатой и пластинчатой формы, которые многократно разделяют имеющиеся пустоты и поры на более мелкие, уплотняя структуру бетона и блокируя проникновение воды. При этом бетонная конструкция остается паропроницаемой.

Труднорастворимые кристаллы препятствуют фильтрации воды даже при наличии высокого гидростатического давления.

Скорость роста кристаллов и глубина проникновения активных химических компонентов зависит от многих факторов, в частности от плотности и пористости бетона, влажности и температуры окружающей среды. При исчезновении воды процесс формирования кристаллов приостанавливается. Если в новообразовавшиеся поры и трещины бетона начинает просачиваться вода, процесс формирования кристаллов возобновляется.

Свойства проникающей гидроизоляции

• Заполнение капилляров бетонной структуры труднорастворимыми соединениями, которые становятся составной частью бетонной структуры.
• Повышение физико-механических параметров бетонной структуры: водонепроницаемости, морозостойкости, прочности.
• Не подверженность механическому износу, так как гидроизоляционными свойствами обладает не покрытие, а обработанная бетонная структура.
• Сохранение гидроизоляционных свойств при сколе и образовании дефекта бетонной конструкции, при условии, что глубина скола не превосходит глубину проникновения гидроизоляционного материала.
• Применение проникающих составов одинаково эффективно как с внешней, так и с внутренней стороны бетонной конструкции, независимо от направления давления воды, в отличие от обмазочных составов.
• Ограничение в применении: не применяется для кирпичных и каменных конструкций. Применение проникающей гидроизоляции исключительно для бетонных (железобетонных) конструкций обусловлено составом твердой фазы цементного камня.

Отличие проникающей гидроизоляции от обмазочной

Проникающая гидроизоляция «КТ трон»

В системе ремонтных и гидроизоляционных материалов «КТ трон» к проникающей гидроизоляции относятся материалы «КТтрон-1» и «КТтрон-11».

• Материал «КТтрон-1» применяется для новых бетонных (железобетонных) конструкций, а также конструкций, эксплуатирующихся в условиях, не вызывающих изменений твердой фазы цементного камня в бетоне.
• Материал «КТтрон-11» применяется для бетонных (железобетонных) конструкций с длительным периодом эксплуатации в водной среде.

При постоянной долговременной фильтрация воды сквозь бетон ионы кальция, алюминия, оксиды и соли металлов из цементного камня вымываются. Поэтому для таких конструкций необходимо применять материал проникающего действия «КТтрон-11», содержащий активные химические компоненты, способные формировать труднорастворимые кристаллы в бетонной структуре с измененным составом твердой фазы цементного камня.

B очень важно, на что стоит обратить внимание перед нанесением!

Миграция активных компонентов в структуру бетона происходит только в водной среде, поэтому глубина проникновения в первую очередь определяется тем, насколько увлажнен бетон перед нанесением гидроизоляции.

Четыре главные фазы клинкера

Для получения высокого качества цемента клинкер должен состоять из 4 компонентов, которые войдут в гранулы в нужном процентном количестве.

Соотношение минералов при производстве клинкера.

Наиболее важным компонентом является силикат, состоящий из тройного количества оксида кальция, смешанного с диоксидом кремния. Его процентное содержание в клинкере колеблется в пределах 52-68%. Силикат отличается от подобных ему составов за счет введения в кристаллическую решетку ионов магния, алюминия и железа.

Главное свойство алита — быстрая реакция с водой. Это свойство позволяет резко увеличить прочность цементной смеси на всех ее фазах. Наиболее важный вклад алит вносит при получении 28-суточной прочности образующегося продукта.

Белит

В нормальном клинкере содержание этой фазы колеблется в пределах 14-31%. Она является силикатом, состоящим из двойного количества кальциевого оксида, смешанного с диоксидом кремния. Кристаллическая решетка этого вещества изменена ионами различных металлов до β-модификации.

Белит практически не реагирует с водой, поэтому не может оказать влияние на прочность первые 28 дней, но затем вносит большой вклад в формирование прочностных характеристик продукта.

Алит и белит в чистом виде через 12 месяцев приобретают практически одинаковую прочность.

Алит и белит в смешанном виде.

Алюминатная фаза

Содержание ее в гранулах составляет 4-11% в нормальном клинкере. Она является силикатом, содержащим утроенное количество оксида кальция, смешанного с оксидом алюминия. В кристаллическую решетку этого соединения вкраплены ионы кремния, калия, железа и натрия.

Алюминатная фаза хорошо взаимодействует с водой. Она может ускорить нежелательное схватывание, если в смесь забыли добавить такой регулирующий элемент, как гипс.

Алюмоферритная фаза

В нормальном клинкере процентное содержание этой фазы колеблется от 5 до 15%.

Она является смесью следующих веществ:

• учетверенное количество кальциевого оксида;
• трехвалентный железный оксид;
• оксид алюминия.

Кристаллическая решетка этого соединения может изменяться в широких пределах при внесении в нее инородных ионов и подборе соотношения Al/Fe. Скорость реагирования этой фазы с водой на начальном этапе достаточно высокая, но ее можно изменять подбором соответствующих компонентов.

В последующий период реакция этой фазы с жидкостью замедляется, достигнув промежуточного значения между скоростями белита и алита.

Вместе с этими фазами в клинкере присутствуют и другие примеси, например, оксид кальция и различные щелочные сульфаты. Но их количество по сравнению с основными компонентами небольшое, поэтому они не могут оказать существенного влияния на прочностные характеристики клинкера.