CC BY
19ГЕОЛОГО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
ИССЛЕДОВАНИЕ ФАЗОВОГО СОСТАВА ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ЦЕМЕНТА Низамутдинов Э.А.
Низамутдинов Эдуард Айратович - студент магистратуры, кафедра бурения нефтяных и газовых скважин, Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа
Аннотация: в данной статье затронута проблема термической коррозии цемента при креплении скважин в условиях высоких температур, т.е. выявлена необходимость использования термостойких тампонажных материалов; исследован фазовый состав цементного камня из традиционного портландцемента на рентгеновском дифрактометре D2 PHASER.
Ключевые слова: термическая коррозия, фазовый состав, портландцемент.
Традиционные портландцементы могут применяться при температуре ниже 100°C. При твердении в условиях более высокой температуры они со временем начинают терять свою прочность. Причем, чем выше температура, тем быстрее происходит падение прочности. Одновременно с этим возрастает проницаемость цементного камня.
В основе данных явлений лежит термическая коррозия цемента, суть которой состоит в перекристаллизации продуктов твердения [1].
При высоких забойных температурах в скважине, а также при тепловых воздействиях на продуктивные пласты при их разработке цементный камень должен обладать термической стойкостью во времени. Эта проблема к настоящему времени решена не полностью. Твердение большинства тампонажных материалов в условиях высоких забойных температур сопровождается фазовыми превращениями и перекристаллизационными процессами, приводящими к снижению прочности и повышению проницаемости тампонажного камня. Наибольшую термическую стойкость имеют тампонажные камни из шлаковых цементов, из известково-кремнеземистых, белитовых вяжущих. В основе твердения данных тампонажных композиций лежат процессы взаимодействия в системах CaO - SiO2 - H2O.
Для получения высокопрочного термостойкого цементного камня важен учет предыстории образования термостабильных продуктов твердения. На первой стадии твердения большинства вяжущих всегда более вероятно образование высокоосновных продуктов твердения. В дальнейшем по мере взаимодействия свободного гидроксида кальция со свободным кремнеземом понижается основность ранее образовавшихся фаз, отщепляющих избыточный оксид кальция. Поскольку цепь фазовых превращений является неизбежной, исключить их опасные последствия можно ускорением фазовых переходов с тем, чтобы они проходили в наиболее ранние сроки твердения, когда структура камня еще эластичная и в меньшей степени реагирует на возникновение новой структуры.
Для изучения этой проблемы был исследован фазовый состав цементного камня из традиционного портландцемента.
Были подготовлены три бездобавочных раствора на основе традиционного портландцемента с плотностью 1750 кг/м3, затворенные водой с В/Ц = 0,5. Были залиты в формы и установлены в печь с температурой 140°C. Первый образец выдерживался в печи двое суток, второй - одну неделю, третий - две недели. Затем с этими образцами был проведен качественный и количественный рентгенофазовый и термографический анализ на приборах D2PHASER и STA449F3 Jupiter с целью
получения информации об образовавшихся продуктах твердения и изменении их количества во времени.
По результатам исследования получили:
- уменьшение количества двухкальциевых и трехкальциевых силикатов, что обусловлено тем, что они гидратируя, постепенно переходят в продукты твердения;
- увеличение количества портландита и C2SH;
- постепенное исчезновение геленита и дикита с увеличением продолжительности воздействия высокой температуры.
Исследуя обычный портландцемент, мы наблюдали за изменением фазового состава цементного камня, при воздействии на него высокой температуры. При выборе состава термостойких цементов следует ориентироваться на получение главным образом низкоосновных гидросиликатов кальция - тоберморита или подобного ему C-S-H ксонотлита, гиролита, трускоттита. Для этого к высокоосновным базовым тампонажным материалам, например к портландцементу и основному доменному шлаку, добавляют оксид кремния.
Хотелось бы отметить, что приборы D2PHASER и STA449F3 Jupiter дают нам уникальную возможность сопоставлять количественное изменение состава продуктов твердения с его физико-механическими свойствами. Полученные результаты могут стать основой проектирования термокоррозионностойких тампонажных.
Список литературы
1. Агзамов Ф.А., Измухамбетов Б.С., Токунова Э.Ф. Химия тампонажных и
промывочных растворов: учебное пособие. СПб: ООО «Недра», 2011. 268 с.
