Исследование по получению тампонажного расширяющего цемента с использованием местных техногенных отходов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

центра крупнейшего города с расчлененной структурой (на примере г. Новосибирска): автореф. дис. ... канд. архитектуры: 18.00.04. М.: Изд-во ЦНИИП градостроительства, 1989. 24 с.

5. Коган Л.Б. Быть горожанами. М.: Мысль, 1990. 205 с.

6. Коган Л.Б. Развитие социально-культурных функций и пространственной среды городов: дис. . д-ра архитектуры: 18.00.04. М.: Изд-во ЦНИИП градостроительства, 1989. 467 с.

7. Культурные функции города и пространственная среда (на примере г. Таллина): отчет о НИР / рук. Л.Б. Коган; ис-

полн. Л.С. Бахурина [и др.]. М.: Изд-во ЦНИИП градостроительства, 1977. 120 с.

8. Правоторова А.А. Влияние агломерационных социально-культурных связей на развитие структуры крупнейшего города: дис. ... канд. архитектуры: 18.00.04. М.: Изд-во ЦНИИП градостроительства, 1978. 149 с.

9. Российский статистический ежегодник: стат. сб. М.: Изд-во Росстата, 2011. 795 с.

10. Социально-культурные функции города и пространственная среда / под общ. ред. Л.Б. Когана. М.: Стройиздат, 1982. 177 с.

УДК 691.002.68.004.12

ИССЛЕДОВАНИЕ ПО ПОЛУЧЕНИЮ ТАМПОНАЖНОГО РАСШИРЯЮЩЕГО ЦЕМЕНТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕСТНЫХ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ

1 9

© Е.А. Левченко1, В.А. Воробчук2

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Для защиты устья и стенок скважины от механических повреждений и обвалов в процессе бурения и последующей эксплуатации необходимо укрепление ствола скважин. Основным способом укрепления является цементирование скважины минеральным вяжущим веществом - тампонажным цементом. Влияние спека из карбидного ила и фторгипса на свойства портландцемента рассматривали с использованием нормального клинкера. В ходе исследования возможность получения и эффективного использования тампонажного расширяющего цемента подтвердилась. Табл. 1. Библиогр. 5 назв.

Ключевые слова: тампонажный цемент; активная минеральная добавка; обожженная известь; фторгипс; гип-со-известковый спёк.

STUDIES ON EXPANDING OIL-WELL CEMENT PRODUCTION USING LOCAL ANTHROPOGENIC WASTE E.A. Levchenko, V.A. Vorobchuk

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

To protect drill hole collar and walls from mechanical damage and cavings while drilling and subsequent well operation there is the need for borehole reinforcement. The basic reinforcement method is well cementing with a mineral binder -oil-well cement. The article examines the influence of sintered carbide sludge and gypsum-lime cake on portland cement properties using normal clinker. The study proves the possibility of production and effective use of extending oil-well cement.

1 table. 5 sources.

Key words: oil-well cement; active mineral additive; calcined lime; fluorogypsum; gypsum-lime cake.

Для защиты устья и стенок скважины от механических повреждений и обвалов в процессе бурения и последующей эксплуатации необходимо укрепление ствола скважины. Основным способом укрепления является цементирование скважины минеральным вяжущим веществом - тампонажным цементом (ТЦ). Его применяют с целью изоляции продуктивных нефтегазовых слоев от водоносных, а также продуктивных слоев при наличии многопластовой залежи нефти. Качество цементирования часто определяет эффективность эксплуатации скважины.

Основной качественной характеристикой ТЦ является прочность затвердевшего цементного раствора. Прочность раствора на основе такого цемента в ран-

ние сроки твердения должна обеспечить закрепление обсадной колонны в стволе скважины, необходимую устойчивость при разбуривании и перфорации, эффективную изоляцию от проницаемых пород и существенно сократить область распространения давления при гидроическом разрыве пласта.

Кроме прочностных характеристик цементный камень из тампонажных цементов должен быть стойким к химической коррозии, что обеспечивает плотность затрубного пространства при укреплении скважины. К ТЦ также предъявляются требования технологичности. Растворы на этих цементах должны быть с повышенной текучестью, обеспечивать низкое водоотделе-ние при его водоцементном отношении (В/Ц) не менее 0,5.

1Левченко Евгений Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры автомобильных дорог, тел.: 89149126175. Levchenko Evgeny, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Automobile Roads, tel.: 89149126175.

2Воробчук Василий Анатольевич, аспирант, тел.: 89086610202, e-mail: [email protected] Vorobchuk Vasily, Postgraduate, tel.: 89086610202, e-mail: [email protected]

Ранее авторами было установлено, что использование горелых пород Черемховских террикоников в качестве активных минеральных добавок (АМД) значительно понижает водоотделение цемента при повышенных количествах водозатворения [1]. Однако введение АМД при помощи портландцементного клинка снижает скорость твердения цемента в ранние сроки твердения и не обеспечивает соблюдение требований государственного стандарта [2].

Общеизвестно, что повышенное измельчение клинкера, обеспечивающее ускорение твердения цементного камня, тоже нежелательно, так как увеличивает энергетические затраты.

Считается, что высокое водозатворение ТЦ с АМД иногда приводит к усадочным явлениям, присущим портландцементным растворам. Для предупреждения усадки и ликвидации газопроницаемости цементного камня желательно применять расширяющийся портландцемент с использованием активной окиси магния [3] или окиси кальция [4].

Мягко обожженная известь (окись кальция) положительно влияет на процессы гидратации и твердения портландцемента. Одновременно гидросульфоалю-минат кальция оказывает влияние на скорость формирования самого камня из тампонажного цемента.

В связи с этим для получения композиционного цемента, отвечающего требованиям ГОСТа 1581-96, совместно использовали активную известь и гипс с целью интенсификации твердения на ранних стадиях. Для исключения быстрой гидротации извести последняя вводилась не в чистом виде, а виде спека, полученного путем совместного обжига карбидного ила с гипсосодержащим компонентом - фторгипсом.

Карбидный ил - отходы Усольехимпрома, пред-

и местного карбидного ила, взятых в различных соотношениях. Измельченный спек вводился в портланд-цементный клинкер при помоле в количестве 10-20% от массы клинкера. При изучении спеков оказалось, что наилучшим соотношением компонентов является: 30-35% фторгипса и 65-70% карбидного ила. Оптимальная температура обжига состовляет 1100-1150°С. Содержание свободной извести составляет 70-75% от массы спека.

Исследование влияния спека из карбидного ила и фторгипса на свойства портландцемента проводили с использованием нормального клинкера, производимого Ангарским заводом ОАО «Ангарскцемент».

При изучении влияния спека на процессы твердения портландцемента установлено, что спек регулирует сроки схватывания цемента, и дополнительное введение двуводного гипса в цемент при использовании спека исключается.

Исследование физико-механических свойств портландцементов с добавкой спека велось на образцах - призмах (40x40x160 мм), изготовленных из цементного раствора с соотношением цемент:песок - 1:3 с водоцементным соотношением, обеспечивающим нормальную консистенцию раствора. В качестве контрольных изготавливались образцы на цементе, полученном из клинкера с добавлением 5% двуводного гипса.

Введение 15-20% гипсо-известкового спека улучшает физико-механические характеристики образцов. Прочность образцов из цементного раствора на изгиб значительно увеличилась в первые сутки твердения. При этом наблюдается значительное расширение образцов. Результаты испытаний полученного цемента с

введением спека приведены в таблице. Физико-механические характеристики цемента

Состав цемента К:СП:ГК Тонкость помола, см /г Сроки схватывания, ч Предел прочности через двое суток, МПа Линейное расширение, %

начало конец изгиб сжатие

1:0:0,05 3520 4-15 8-45 1,86 12,8 0,01

1:0,15:0 3410 5-25 6-45 3,02 18,4 0,26

Примечание. К - портландцементный клинкер; СП - спек из карбидного ила и фторгипса; ГК - гипсовый камень.

ставляет собой гидроокись кальция активностью менее 50% с примесью карбоната кальция 9-12% [5]. Фторгипс - это отходы Ангарского электролизного завода в виде твердых осадков шламовых полей. В твердых осадках находится 20-25% двуводного гипса и 60-70% дисперсного ангидрида (безводная соль). Предположительно, совместный обжиг карбидного ила и фторгипса формирует соединение спека, состоящего из сульфата кальция и свободного оксида кальция с небольшим количеством, до 0,6% фтористого кальция. Такой совместный обжиг приводит к значительному замедлению скорости гашения извести, которая полностью гасится в момент, когда цементный камень еще не приобрел достаточную прочность, что дает возможность получения эффекта расширения.

Гипсо-известковый спек получали путем совместного обжига при температуре 1050-1150°С фторгипса

Дифрактометрические исследования показали, что введение при помоле клинкера спека из фторгипса и карбидного ила увеличивает степень гидратации клинкерных минералов в ранние сроки твердения. В цементах с добавкой спека увеличивается количество высокоосновного гидросульфаал-алюминатов кальция клинкера и фторгипса в насыщенном растворе гидрата окиси кальция и создает первичный кристаллический сросток, постепенно обрастающий гидросиликатами кальция из клинкерных минералов.

Большое значение имеет и повышение температуры вследствие гидратации окиси кальция, которое приводит к ускорению формирования крупнокристаллических новообразований и образованию кристаллизационного каркаса. Как показывают результаты, приведенные в таблице, присутствие в цементе продуктов обжига карбидного ила ускоряет процесс

схватывания цементного теста и, соответственно, ускоряет процесс твердения.

Ускорение нарастания прочности цементного камня, модифицированного обожженным карбидным илом, можно объяснить связыванием окисью кальция значительного количества воды, затворенной в процессе гидратации, что приводит к уменьшению во-доцементного отношения в камне и его уплотнению. При этом наблюдается некоторое расширение цементного раствора.

Таким образом, организовав совместный помол

портландцементного клинкера с продуктами обжига карбидного или и фторгипса непосредственно в районе разведки и добычи нефти и нефте-газового конденсата, можно получить и эффективно использовать тампонажный расширяющий цемент. Кроме того, исключаются потери при длительном хранении тампо-нажных цементов в отдаленных районах Сибири и Крайнего Севера, где осуществляется сезонное снабжение расходными материалами.

Статья поступила 01.04.2014 г.

Библиографический список

1. Горелая порода черемховских террикоников - активная минеральная добавка / Е.А. Левченко, В.А. Воробчук [и др.] // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2012. № 2. С. 99-105.

2. ГОСТ 1581-96. Портландцементы тампонажные. Технические условия. М., 1998 // Библиотека ГОСТов и нормативных документов [Электронный ресурс]. URL: Ь|еер://!1Ьдо8е.ги/до8е/2196-008Е_1581_96.Ь|ет!

3. Авт. свид-во № 182037 РФ. Тампонажный расширяющий-

ся цемент / С.И. Данюшевский, Р.И. Лиогонькая.

4. Тампонажный цемент с большой величиной расширения на основе окиси кальция / С.И. Данюшевский, В.С. Бакшутов [и др.]. // Цемент. 1972. № 8.

5. Левченко Е.А., Воробчук В.А., Филоненко Е.А., Филоненко К.А. Безобжиговое вяжущее из техногенных отходов // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2012. № 10 (69). С. 113-117.

УДК 519.6

РАСЧЕТ СТЕРЖНЕВЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ С УЧЕТОМ НЕУПРУГОЙ РАБОТЫ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

1 9

© Нгуен Ван Ты1, В.В. Кажарский2

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Рассмотрена задача определения усилений и перемещений с учетом наличия трещин железобетонных конструкций методом конечных элементов. Разработан алгоритм, на основе которого выполняется автоматизированный расчет железобетонных конструкций с учетом нелинейностей в программе Maеhcad. Ил. 4. Табл. 2. Библиогр. 8 назв.

Ключевые слова: железобетонные конструкция; метод конечных элементов; Maеhcad; матрица жесткости.

CALCULAЕION OF CORE REINFORCED CONCREЕE SЕRUCЕURES SUBJECЕ ЕO INELASЕIC BEHAVIOR BY FIN^E ELEMENЕ MEЕHOD Nguyen Van Е^ V. V. Kazharsky

Ir^sk Sеaеe Eechnical Unwe^y, 83 Lermonеov Sе., Ir^sk, 664074, Russia.

Using еЬш finiеe elemenе ^^hod еЬю problem of deеermining reinforcemenеs and displacemenеs is examined wiеh regard еo еЬш presence of cracks in reinforced conc^e sеrucеures. Ehe algo^m for auеomaеed calcu^ion of reinforced concreеe sеrucеures in Maеhcad program еЬше еakes ^o accounе nonlinea^ies is developed. 4 figures. 2 tables. 8 sources.

Key words: reinforced conc^e sеrucеure; finiеe elemenе meеhod; Maеhcad; sеiffness maеrix.

Введение

Как известно, железобетон - конструкция из неоднородного материала: хорошо работающего на сжатие бетона и воспринимающей растяжение арматуры. При автоматизированном расчете железобетонных конструкций по предельным состояниям [4] на каждой итерации необходимо учитывать постепенное измене-

ние жесткостных характеристик из-за проявления нелинейных свойств, таких как пластичность бетона и образование трещин. Таким образом, для решения нелинейных задач методом конечных элементов (МКЭ) необходимо формировать матрицу жесткости конструкции с нелинейными свойствами. В монографии [4] предложен вариант МКЭ, предназначенный

1Нгуен Ван Ты, аспирант, тел.: 89246020079, e-mail: nguyenе[email protected] Nguyen Van Eu, Posеgraduaеe, еel.: 89246020079, e-mail: nguyenе[email protected].

2Кажарский Виталий Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры строительных конструкций, тел.: (3952) 405137.

Kazharsky Viеaly, Candidaеe of еechnical sciences, Associaеe Professor of еЬю Deparеmenе of Building Sеrucеures, tel.: (3952) 405137.