Термостойкие ТЦ

Важнейшее условие термостойкости ЦК — обра­зование в процессе его затвердевания термодинамически устой­чивых в данных гидротермальных условиях соединений. Кроме того, необходимо, чтобы эти соединения обладали хорошими структурообразующими свойствами, — без этого нельзя полу­чить высокую прочность и низкую проницаемость образующе­гося пористого тела. Хорошие структурообразующие свойства имеют кристаллы с высокой степенью дисперсности и анизодиаметричности формы и с выраженной способностью к образова­нию фазовых контактов — контактов срастания. Желательно, чтобы эти устойчивые соединения образовывались не из про­межуточных так называемых метастабильных соединений, а сразу же на первых стадиях процесса твердения. Каждый процесс перекристаллизации в уже сформировавшейся струк­туре цементного камня сопровождается ее разупрочнением. Наименее термостойки ГЗЦ и ГГЗЦ.

ЦК из многих ТЦ имеет тенденцию к деформациям усадки, что нежелательно для тампонажных работ. Поэтому целесообразно было бы придать раз­личным по составу тампонажным цементам свойство расшире­ния при затвердевании. Важно отметить, что величина рас­ширения тампонажных цементов должна быть значительно большей по сравнению, например, со строительными. Попереч­ное сечение цементного камня в конструкциях скважин, шахт­ной крепи и других подземных сооружениях сравнительно не­велико. Для эффективного уплотнения фильтрационной корки промывочных жидкостей на пористых горных породах и кон­такта с рыхлыми породами величина расширения камня зави­сит от соотношения толщин цементного камня и фильтрацион­ной корки.

Как известно, ЦК представляет собой пористое тело. Изменение внешнего объема его может происходить без изменения истинной плотности отдельных фаз за счет изменения соотношения объемов фаз с различной плот­ностью, а именно, за счет увеличения объема порового прост­ранства. Такое расширение ЦК может быть следствием действия собственных напряжений, вызывающих деформацию структуры. Если эти напряжения возникают в достаточно малых объемах и дезориентированы, то происходит равномерное всестороннее «раздвижение» элементов структуры ЦК, называемое расширением.

Известны различные виды РЦ. Например, водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) и напрягающий цемент (НЦ).

ВРЦ изготовляется тщательным смешением или совместным помолом 70 – 75 % ГЗЦ, 20 – 22 % полуводного гипса и 10 – 11 % высокоосновного гидроалюмината кальция (4СаО А1₂О₃ 13Н₂О).

НЦ изготовляют путем тонкого совместного помола ПЦ клинкера, ГЗЦ и гипсового камня, обычно в соотношении 70: 15: 15.

ВРЦ и НЦ расширяются благодаря образованию в них вначале моносульфоалюмината кальция, а затем высокосульфатной формы гидросульфоалюмината кальция.. Последний, образующийся в 1 – 3 сутки твердения расширяющегося цемента, т.е. когда камень еще не затвердел, способствует равномерному расширению.

При креплении нефтяных и газовых скважин часто применяют смесь ТПЦ и ГГЗЦ в соотношениях 75 – 85 и 25 – 15 %. Расширение при этом достигает 2 %.

Применяются также другие цементы, например, ТЦ Гипроцемента с добавками обожженных магнезита и доломита. Он обеспечивает расширение до 0.5 % в течение 48 часов.