Разобщение пластов. Тампонажный портландцемент и его композиции. Добавки и реагенты для регулирования свойств тампонажного цементного раствора и камня. Наземное оборудование, применяемое при цементировании скважин

Часть третья

5. РАЗОБЩЕНИЕ ПЛАСТОВ                            Лекция № 23

5.1. Цели разобщения пластов

При проводке нефтяных и газовых скважин стенки скважины необходимо крепить. Для этого в скважину спускаются обсадные трубы, а затрубное пространство в зонах неустойчивых пластов (обваливающихся, поглощающих, нефте- газо- водопроявляющих и т.д.) перекрывается цементным раствором, который со временем превращается в цементный камень. Кроме того, необходимость цементирования скважин вызывается проведением ремонтно-изоляционных работ при негерметичности колонны или прорыве пластовых вод, а также в связи с выносом песка из продуктивной части и рядом других работ. Высота подъема цементного раствора определяется из расчета перекрытия неустойчивых пород и зон нефте-газопроявлений +100¸200 м или на 100-200 м выше башмака предыдущей колонны. В газовых скважинах для всех колонн высота подъема цементного раствора должна быть до устья.

5.2. Технология производства тампонажных портландцементов

Для производства тампонажных портландцементов применяются известковое сырье: известняки, мергели, мел и др., а также корректирующие добавки: глина, гипс, колчеданные огарки , мрамор и др., наполнители в основном кремнеземистые диатомит, опока, трепел и др.

Для производства цементов берется 75-80% известкового сырья. Основным химическим соединением, входящим в состав известкового сырья является углекислый кальций. Для введения окислов алюминия Al₂O₃ добавляется глина в количестве 15-17%. Для введения окислов железа Fe₂O₃ добавляются колчеданные огарки в количестве 5-6%. Для регулирования сроков схватывания при помоле добавляется 3-5% гипса.

Сырьевые материалы и корректирующие добавки проходят через взвешивание и ссыпаются в приемный бункер 1 (рис.48 ).

Рис.48

Технология изготовления цемента

Существует два способа производства цемента - «сухой» и «мокрый». При «сухом» способе сырье и добавки предварительно сушатся, затем дробятся, мелятся и подаются в обжиговую печь. В основном портландцементы изготавливаются по «мокрому» способу. При производстве цемента по «мокрому» способу сырье из бункера попадает в дробилку 2, а затем подается в шлам-бассейн 3, куда подается и вода (цементная болтушка). Из шлам-бассейна шлам подается в помольную мельницу 4, а затем в шлам-бункер 5. Сырьевая пульпа подается в обжиговую печь 6, где происходит спекание сырьевой смеси при температуре 1400-1450⁰С и образуется клинкер-гранулы размером 5-30 мм. В дальнейшем через колосники из камеры спекания печи клинкер попадает на транспортер-холодильник 7, обрызгивается водой и подается на клинкерный склад 8. Из склада клинкер подается в помольное помещение и через дозатор 9 в шаровую мельницу 10, также через дозаторы 9 в мельницу подается предварительно просушенный и помолотый наполнитель (опока, трепел, диатомит)в количестве 30-35%. Из помольной мельницы цемент затаривается в крафт-мешки. Вес 1 мешка обычного цемента 48-50 кг, облегченного 35-37 кг. При помоле контролируется тонкость помола цемента путем рассева на ситах 02 и 008 с отверстиями 0,2 и 0,08 мм. В основном цементный порошок содержит зерна крупностью до 60 мкм (90%). В процессе производства цемента производится анализ химического состава сырья и химико-минералогического состава клинкеров и цементов.

5.3. Химико-минералогический состав цементов. Гидратация цементов

По химическому составу портландцемент состоит из окиси кальция CaO -62-65%, окиси кремния SiO₂ - 20-22%, окиси алюминия Al₂O₃ -5-6%  и окиси железа Fe₂O₃ - 4-5%. Кроме того, в портландцементе имеется небольшое количество окислов титана (Ti), серы (S), Mg, Mn, К.

По минералогическому составу портландцемент состоит из минералов силикатов (60-75%) и минералов плавней (25-40%).

К минералам силикатам относятся:

трехкальциевый силикат 3CaO×SiO₂ алит (С₃S);

двухкальциевый силикат 2CaO×SiO₂ белит (С₂S).

К минералам плавням относятся:

трехкальциевый алюминат 3CaO×Al₂O₃ (C₃A);

четырехкальциевый алюмоферрит 4CaO×Al₂O₃ ×Fe₂O₃ (C₄AF).

По соотношению минералов силикатов различают три вида цементов:

а) алитовый цемент, когда отношение С₃S: С₂S > 4 (более 60% С₃S и менее 15% С₂S);

б) нормальный, когда С₃S: С₂S = 4¸1 (60% С₃S и15% С₂S и до 37,5% С₃S и 37,5% С₂S);

в) белитовый, когда С₃S: С₂S < 1.

По теории академика Байкова процесс гидратации (насыщения молекул минералов водой) может быть разделен на 3 стадии:

1. Растворение, когда цементное зерно растворяется в воде (процесс затворения цементного раствора) и насыщает ее щелочами.

2. Коллоидация, когда из растворенной щелочи образуется полужесткий силикат, это состояние цементного раствора, когда он не течет, но и не представляет собой цементного камня. На этой стадии можно механически разрушить цементный силикат, т.к. связи между зернами еще слабы.

3. Период кристаллизации (рис. 49) цементных зерен.