Глиноцементные растворы

Глиноцементные растворы широко применяются вследствие технологичности приготовления и использования и простоты ре­гулирования свойств. Они представляют собой глинистый рас­твор со структурирующей добавкой, в качестве которой исполь­зуется тампонажный цемент или комбинация цемента с жидким стеклом.

Глиноцементные растворы при высоких структурно-механических и закупоривающих свойствах хорошо прокачиваются насо­сами, так как в поглощающую зону они нагнетаются в основном через бурильные трубы. По прочностным свойствам структуры и характеру нарастания прочности во времени они занимают промежуточное положение между глинистыми и цементными рас­творами.

Глиноцементные растворы, перекачиваемые насосом, тампо­нажного камня не дают, конечный продукт упрочнения — глино-подобная масса, надежно перекрывающая каналы ухода промы­вочной жидкости. В этом случае большое значение имеют уп­рочнение структуры раствора, структурообразование, стабилиза­ция.

По интенсивности воздействия структурирующих добавок на структурно-механические характеристики глиноцементных рас­творов глины располагаются в следующем порядке: бентонито­вые, иллитовые и каолиновые. Однако бентонитовые глины очень чувствительны к добавкам, вследствие чего сложно регулиро­вать структурно-механические свойства при сохранении прока-чиваемости растворов на базе бентонитовых глин. Поэтому для практики больше приемлемы менее качественные глины, колеба­ния свойств которых при отклонениях от рецептуры не столь чувствительны. Добавки цемента в глинистые растворы из као­линовых глин составляют (на 1 м³ исходного раствора) от 30 до 100 кг, они обусловлены требованием прокачиваемости рас­твора.

Рис. 74. Рис. 75.

Рис. 74. Зависимость пластической прочности глиноцементных раство­ров от содержания в них глин и це­мента: содержание цемента, г/л: 1 — 30; 2 — 60; 3 — 90

Рис. 75. Зависимость пластической прочности тампонажных растворов с добавками

жидкого стекла, напол­нителя и их комбинаций от содер­жания глины в исходном растворе:

1 — исходный раствор; 2 — раствор с до­бавкой 10 кг/м³ жидкого стекла; 3 — рас­твор с добавкой 50 кг/м³ древесных опи­лок; 4 — раствор с введением одновремен­но указанных компонентов

Наибольшее значение для интенсивности роста прочности структуры глиноцементных растворов имеет содержание глины. Для примера на рис. 74 приведен характер изменения прочности структуры (пластической прочности) тампонажного раство­ра в зависимости от плотности исходного глинистого раствора, приготовленного из глин Дружковского месторождения; время стабилизации 60 мин. При росте плотности исходного глинисто­го раствора с 1,16 до 1,21 г/см³ (что соответствует увеличению содержания глины на 31%) пластическая прочность структуры повышается в 2 раза при содержании цемента 30 г/л, почти в 2,5 раза при содержании цемента 60 г/л и в 2,7 раза при содер­жании цемента 90 г/л.

Аналогичным образом, но при меньших добавках (от 5 до 15 г/л) действует жидкое стекло.

При введении наполнителей тампонажный раствор остается вязкопластичным на всех этапах упрочнения структуры. Допол­нительно появляется закупоривающий эффект, который приво­дит в конечном счете к уменьшению расхода тампонажного рас­твора. Гидрофильные наполнители (древесные опилки, кожа-«горох», подсолнечная лузга) активно влияют на характер ро­ста прочности структуры тампонажных растворов, повышая ста­тическое напряжение сдвига и пластическую прочность. В при­сутствии цемента влияние гидрофильных наполнителей резко возрастает. Это объясняется обезвоживанием дисперсной систе­мы вследствие впитывания воды наполнителями. Для глинистых растворов это аналогично повышению содержания глинистой фазы, для тампонажных растворов — уменьшению водотвердого отношения.

Наиболее приемлемы в качестве наполнителя древесные опил­ки как материал недефицитный и не влияющий,в такой степени, как другие наполнители, на работу буровых насосов. Они явля­ются наиболее активными по степени воздействия на интенсив­ность роста прочности структуры.

На рис. 75 приведен характер влияния жидкого стекла, на­полнителя и их комбинаций с добавками цемента на прочность структуры раствора через 1 ч стабилизации при изменении со­держания глины в исходном глинистом растворе и содержании цемента 60 кг/м³.

Реологические показатели глиноцементных растворов с ро­стом содержания структурирующих добавок значительно уве­личиваются. Так, добавка 30 кг/м³ цемента приводит кувеличе­нию структурной вязкости на 18—20%, динамического напряже­ния сдвига в 2—4 раза, что ведет к значительному повышению гидравлических сопротивлений при перекачке глиноцементных растворов. Упрочняясь, они остаются телами Шведова — Бингама.

Дата добавления: 2015-07-15