12.2.2 Утяжеленные шлаковые цементы

Утяжеленные шлаковые цементы предназначены для цементи­рования нефтяных §§ газовых скважин с пластовыми темпера­турами 80—220 ^СС, в том числе для изоляций соленосных отло­жений, сложенных галитом и галитом с примесью солей маг­ния. При необходимости температурный диапазон использова­ния цементов может быть расширен до 300 ^РС. Вяжущей осно­вой в цементе является доменный шлак, активирующей добавкой — портландцемент или клинкер, утяжелителем — железная руда Криворожского железорудного бассейна.

Установлено, что удельная поверхность руды практически не влияет на прочность камня. Хотя наблюдается тенденция уменьшения прочности с ростом удельной поверхности руды, особенно это проявляется при температуре 120 °С. Прочность на сжатие цементного камня, твердевшего при 22 °С и атмо­сферном давлений в течение 3 сут в воде, с увеличением удель­ной поверхности и количества руды пропорционально сни­жается с 2,2—3 до 1,5—1,1 МПа. При температуре 75 °С проч­ность утяжеленного камня увеличивается и достигает 3,2— 5,8 МПа при изгибе и 7—12 МПа при сжатии. Причем с повы­шением содержания руды в смеси до 50—60 % двухсуточная прочность камня возрастает. Это происходит вследствие положительного влияния Si0₂ и Fe₂O₃, содержащихся в руде в ко­личестве соответственно 20—22 и 60—65%, Максимальная прочность обеспечивается при содержании руды в смеси 50— 60%.

Эти же дозировки руды позволяют получить утяжеленный раствор плотностью 2060—2200 кг/м³, достаточной для создания противодавления, превышающего пластовое. При этом проч­ность камня при изгибе более 2,5 и при сжатии 7 МПа, что следует признать достаточным для надежной изоляции пла­стов, даже в условиях АВПД.

С увеличением температуры твердения до 120—200°С резко возрастает прочность камня, достигая 22—38 МПа при сжатии и 5,8—10,9 МПа при изгибе. При температурах 160—200°С активация утяжеленного шлакового цемента добавками порт­ландцемента исключается, так как прочность камня и без портландцемента достаточна и превышает при изгибе 5—6, а при сжатии более 15 МПа.

Исследования показали, что цементы совместного и раздель­ного помолов по качеству равноценны. Для получения раствора плотностью 2060—2150 кг/м³ оптимальная удельная поверх­ность цемента должна быть 220—240 м²/кг. Чтобы получить раствор плотностью 2160—2250 кг/м³, необходим цемент более грубого помола с удельной поверхностью 200±10 м²/кг, При использовании в качестве вяжущей основы обычных шлаков плотностью 2850—2950 кг/м³ плотность утяжелителя должна быть не менее 4200 кг/м³. Желательно иметь утяжеляющую до­бавку плотностью 4500—4600 кг/м³. В этом случае можно по­лучить композицию цемента, дающую раствор плотностью 2300—2400 кг/м³.

При температуре 70—80 °С цементы можно использовать без замедлителей сроков схватывания, так как начало схваты­вания в этих условиях не менее 2 ч. При 120 °С добавки 0,1 — 0,2 % ССБ и хромпика вполне достаточны для получения на­чала схватывания раствора 2—5 ч. Когда температура равна 200 °С, дозировка ССБ и хромпика должна увеличиваться до 0,3—0,6% (табл. II.8).

Таблица 11.8. Сроки схватывания растворов из утяжеленных шлаковых

цементов при раздельном помоле компонентов

Т = 120 °С, р - 40 МПа

Т = 200 °С_} р = 60 МПа

Добавка ССБ и хромпика пластифицирует цементный рас твор, в результате чего снижаются гидравлические сопротив­ления в процессе закачки раствора в скважину. Утяжеленные растворы имеют пониженное против обычных цементов водосо- держание и, как правило, должны применяться с добавками пластификаторов.

В табл. II.9 приведена классификация утяжеленных цемен­тов по плотности растворов и области их применения, а также технические требования по ТУ 39-01-08-535—80. Первая цифра после буквенного обозначения цемента указывает на тип це­мента (1 или 2 ) по плотности раствора, число после дефиса означает температуру испытания цемента {для УШЦ).

Утяжеленные цементы выпускаются Константнновским за­водом утяжелителей и спеццементов Миннефтепрома.

Для регулирования сроков схватывания, кроме ССБ, хром­пика, гипана, могут применяться СВК, ВКК, дубители, окзил, КССБ и др. Добавку реагентов, загущающих раствор, следует ограничивать или вводить их в раствор в комбинации с разжи- жителями, например КМЦ + ССБ. Цементы затворяются на пресной минерализованной воде или на насыщенном растворе хлористого натрия. Жидкость затворения в смесительную камеру цементносмесительной машины 2СМ-20 рекомендуется подавать при давлении 2-3,5 МПа.

Т а б л я ц а II.9. Классификация утяжеленных цементов и основные требования к

ним

Продолжение табл. 11.9

Время ожидания твердения утяжеленного цементного раствора рекомендуется устанавливать на основе данных табл. 11.10

Таблица 10.11