12.2.2Утяжеленный цемент для умеренно высоких температур

Утяжеленный цемент (УЦГ) предназначен для цементирования скважин при температуре выше 100 °С. Вяжущей основой его служит портландцемент или тампонажный цемент по ГОСТ 1581—85, утяжелителем — измельченная железная руда.

Последняя выбирается в качестве утяжеляющей добавки вследствие ее относительно высокой плотности, а также способ­ности Ре₂0₃ образовывать высокопрочные ферритные и алюмо- ферритные гидрогранаты, устойчивые в сульфатных водах.

Сроки схватывания растворов из цементно-рудной смеси (табл. 11.7) определяются схватыванием цемента и мало изме­няются от добавки руды. Так, при температуре 20 °С начало схватывания раствора из чистого цемента 9 ч, а начало схваты­вания раствора из смесей цемент — руда 50:50 и 40:60 изменяется в пределах 8 ч 30 мин— 9 ч. При температуре 75 °С характер изменения сроков схватывания аналогичен.

Таблица 11,7. Сроки схватывания утяжеленных растворов, полученных

из смесей краматорского портландцемента и молотой руды

Температура 20 °С, давление атмосферное

На рис. 35 показано изменение прочности камня, твердев­шего 3 сут при температуре 20 °С (а) и 2 сут при температуре 75 °С и атмосферном давлении (б), в зависимости от содер­жания в цементе руды и ее удельной поверхности. При 20 °С прочность на изгиб при содержании руды в смеси 50 и 60 % уменьшается на 10 и 20 % соответственно по сравнению с проч­ностью «чистого» цемента. Дальнейшее увеличение добавок руды (до 70 %) приводит к снижению прочности на изгиб до 50 % и более. Прочность на сжатие уменьшается при добавке руды более интенсивно: на 14 %, когда содержание руды в смеси 50 %, и на 40 %, когда добавка руды составляет 60 %.

При температуре 75 °С двухсуточная прочность камня на изгиб и сжатие уменьшается приблизительно пропорционально добавке руды. Снижение прочности в интервале добавок руды от 0 до 70 % составляет 0,85 % на каждый процент добавки руды.

На рис. 36 показана зависимость прочности камня от удель­ной поверхности руды. С увеличением тонкости помола руды прочность камня незначительно снижается.

Удельная поверхность руды практически не влияет на прочность камня, сфор­мировавшегося из цементного раствора с равной растекаемостью. С увеличением тонкости помола руды газопроницаемость камня несколько повышается.

На рис. 37 показана зависимость плотности раствора и водо- смесевого отношения от удельной поверхности и содержания руды в смеси.

С увеличением тонкости помола руды прямо пропорцио­нально возрастает водосмесевое отношение и уменьшается плот­ность раствора. Приведенный график может служить для под­бора рецептуры смеси при заданной плотности раствора.

Для изготовления УЦГ в качестве вяжущей составляющей пригодны тампонажные и строительные портландцементы, от­вечающие требованиям ГОСТ 1581—85 по срокам схватывания и растекаемости раствора.

Рис. 36. Зависимость прочности цементного камня от удельной поверхности руды для различных составов утяжеленного цемента при температуре: а – 20 °С; б – 75 °С; отношение цемент: руда: 1 – 50 : 50; 2 – 40 : 60; 3 – 30 : 70; 4 – 25 : 75.

Рис. 37. Зависимость водосмесевого отношения и плотности раствора от удельной поверхности руды для различных составов УГЦ (цемент : руда): 1 – 50 : 50; 2 – 40 : 60; 3 – 30 : 70; 4 – 25 : 75.