Промывочные жидкости и растворы - Активация цементных растворов

Активация цементных растворов

 

Впоследнее время разрабатывают и начинают применять методы регулирования свойств цементных растворов путем до­полнительного воздействия на раствор (его активации). Раз­личают следующие методы активации: 1) вибрацию; 2) допол­нительное перемешивание (на поверхности и в скважине);3) ультразвуковое воздействие; 4) обработку электрическим разрядом; 5) обработку электрическим полем; 6) обработку магнитным  полем;  7)   магнитомеханическую обработку.

Сущность первых четырех методов активации сводится к до­полнительному диспергированию частиц цемента.

Сущность обработки электрическим полем сводится к сле­дующему. При наложении на цементный раствор знакоперемен­ного постоянного тока происходят электроосмос, электрофорез,  электролиз, поляризация и ориентация частиц. Эти явления су-щественно влияют на растворимость

минералов, скорость коагу­ляции и несколько изменяют свойства воды.

Действие магнитного поля связано со структурными изме­нениями в веществе, возникающими в результате ориентирую­щего или поляризующего действия магнитного поля. Структура, возникшая при перемещении воды в магнитном поле, не ста­бильна. В целом магнитная обработка сокращает сроки схваты­вания и увеличивает прочность цементного камня.

Магнитомеханическое воздействие сводится к обработке це­ментных растворов магнитным полем и ферромагнитными те­лами. При этом снижается водоотдача, несколько возрастают сроки схватывания, увеличивается прочность цементного камня. Активация позволяет получить цементные растворы удовлет­ворительного качества из лежалых цементов.

 

Приготовление цементных растворов

 

Небольшие объемы раствора готовят вручную или с по­мощью буровых насосов. Для получения больших количеств раствора применяют цементно-смесительные машины со смеси­тельными устройствами вакуумно-гидравлического типа. При бурении нефтяных и газовых скважин используют цементно-сме­сительные машины СМ-10, 2СМН-20, СПМ-20, 2АС-20 с бунке­ром вместимостью 10 и 20 т цемента.

Для разведочного бурения больше подходит цементно-смеси-тельная машина СМ-4М, предназначенная для транспортирова­ния сухого цемента на буровую установку и механизированного приготовления цементного раствора. Объем бункера 3 т цемен­та, производительность машины 6—10 л/с готового раствора. Всеоборудование смонтировано на шасси автомобиля ЗИЛ-131А высокой проходимости. Если буровые установки укомплектованы глиномешалками, последние также могут быть использованы для механического приготовления цементных рас­творов.

Необходимое количество сухого цемента qцв кг на 1 м3 це­ментного раствора с водоцементным отношением В/Ц вычисля­ется по следующей формуле: qц=pцрв/[рв+(В/Ц)pц].          (XII.1) 

Необходимый объем воды в м3 на 1 м3 цементного раствора υB =q(В/Ц)/pB.                          II.2)

 Плотность цементного раствора в кг/м3

clip_image089

или

clip_image091

Здесь рцр, рц , рв — плотность соответственно цементного рас­твора, цемента и воды, кг/м3.

Общее количество сухого цемента Qц в кг, требующееся для приготовления цементного раствора в объеме Vцр

Общий объем воды Vвв м3 для приготовления цементного раствора

Vв=υвVцр .                                                                                                    (XII.6)

При заданной плотности цементного раствора рц водоцемент-жое отношение

clip_image093

При сложной рецептуре цементного раствора, включающей дополнительно компоненты твердой и жидкой фазы, расчет ко­личества компонентов при заданном составе сухой смеси, соста­ве жидкости затворения и водоцементном (водотвердом) отно­шении выполняется следующим образом.

Требуемое количество сухой смеси в кг на 1 м3 цементного раствора

clip_image095

Здесь

clip_image097

где а1, а2,..., ап — массовые доли компонентов сухой смеси; р1, р2,..., рn — плотности компонентов.

clip_image099

где b1, b2 ,...,bjмассовые доли компонентов жидкости затво­рения; р'1, р'2,..., р'i — плотности компонентов жидкости затво­рения.

 

Требуемое количество компонентов сухой смеси    (в кг)    на 1 м3 раствора

clip_image101 

Требуемое количество жидкости затворения  {в кг)  на  1 м3 раствора

  υж = qс(B/T)                                                                                                   (XII.12).

Требуемое количество    компонентов    жидкости   затворения (в кг)

clip_image103

Плотность тампонажного раствора (в кг/м3pтр = qс+υж II.14)

По приведенным формулам вычисляют расход компонентов и при приготовлении других тампонажных составов, кроме син­тетических смол.