СВОЙСТВА ЦЕМЕНТА

Свойства определенного цементного раствора будут зависеть от свойств исполь­зуемого цемента, как обсуждалось выше. Однако есть и фундаментальные свойства, которые нужно принимать во внимание во время затворения цемента.

(а) Прочность цемента на сжатие.

Прочность цемента определяется как прочность схватившегося цементного рас­твора на растяжение и сжатие. Прочность на сжатие - это наиболее широко используе­мый параметр для количественной оценки прочности цемента. Башмак обсадной ко­лонны нельзя разбуривать до тех пор, пока цементное кольцо не достигнет прочности на сжатие около 3,45 МПа. Прочность на сжатие зависит от содержания воды в раство­ре, времени выдержки, температуры и давления. Время схватывания цементного рас­твора может контролироваться химическими присадками.

Таблица 10.2

в) Время загустевания цементного раствора.

Время загустевания цементного раствора - это время в течение которого цемент­ный раствор может прокачиваться в затрубное пространство. Оно определяется в лабо­ратории для конкретного цемента и равно времени жидкого состояния раствора, кото­рое служит критерием сравнения различных цементов. Таким образом, основным показателем времени загустевания является вязкость.

В общей сложности 2-3 часа достаточно для того, чтобы завершить все операции по цементированию. Общая продолжительность операции цементирования не должна пре­вышать 75 % от времени начала загустевания цементного раствора. Необходимо помнить, что в процессе закачки цементного раствора, возможно, его загрязнение буровым раство­ром, пластовыми флюидами. Это может значительно отразится на параметрах цементного раствора, в частности на его вязкости. А это в свою очередь повлияет на прокачиваемость.

Условия скважины значительно влияют на время загустевания. Увеличение темпе­ратуры, давления или водоотдачи, сокращают время загустевания, поэтому эти условия должны быть смоделированы при тестировании цементного раствора в лаборатории.

(в) Плотность цементного раствора.

Стандартные плотности цементного раствора могут изменяться для выполнения операций при индивидуальных требованиях (например: пласт с низкой прочностью может не выдержать гидростатическое давление цементного раствора, чья плотность приблизительно равна 1,8 г/см³). Плотность может поменяться при изменении количе­ства воды или использования присадок к цементному раствору. Большинство плотно­стей цементных растворов варьируются между 1,3...2,2 г/см³. Надо заметить, что эти плотности относительно высокие, когда нормальный градиент порового давления пла­ста считается эквивалентным 1,0 г/см³. Общепринято, что у цементных растворов плотность намного выше, чем у буровых растворов, которые используются для бурения скважины. Как правило это неизбежно, если необходим застывший цемент с высокой прочностью на сжатие.

(г) Водоотдача.

Процесс усадки цементного раствора - это результат гидратации цемента. За счёт гидратации происходит фильтрация воды в пласт.. Количество допускаемой водоотда­чи зависит от типа цементирования и состава цементного раствора.

Вторичное цементирование требует потери небольшого количества воды, по­скольку цемент должен проникать в перфорационные каналы и блокировать их. Пер­вичное цементирование не так критично зависит от водоотдачи. Количество водоотда­чи из определенного цементного раствора должно определяться по лабораторным тестам. По стандартам лабораторных условий (фильтрационное давление 1000 psi, при 325 сетчатом фильтре) цементный раствор для работы должен нести водоотдачу 50.200 см³/30 мин. При первичном цементировании достаточно 250.400 см³/30 мин.

(д) Коррозийная стойкость.

Пластовая вода содержит определенные коррозийные элементы, которые могут вы­звать повреждение цементного покрытия. Два компонента, которые как правило, содер­жатся в пластовых водах это сульфат натрия и сульфат магния. Они будут вступать в ре­акцию с известью, образуя, гидроиды магния и натрия и сульфат кальция. Сульфат кальция реагирует с C₃A и образует сульфоалюминат, который вызывает расширение и нарушение целостности цементного камня. В основном это происходит вследствие того, что частицы сульфоалюмината по размерам больше частиц C3A, которые они замещают, что и ведёт к разрушению цементного камня (растрескиванию). Снижение содержания C₃A и свободной извести в цементе увеличивает его коррозионную стойкость. Для полу­чения высокой сульфатной стойкости цемента содержание C₃A должно быть 0.3 %. Пуццолановые добавки также повышают стойкость цемента к сульфатной агрессии, по­скольку реагируя с известью, снижают её свободное содержание.

(е) Проницаемость.

После затвердевания цемента, проницаемость его очень низкая (<0.1 миллидарси). Этот показатель намного ниже, чем у большинства продуктивных пластов. Однако если во время схватывания, происходит попадание в цемент флюидов (например, проникно­вение газа), то цементный камень будет иметь более высокие диапазоны проницаемо­сти (5.10 Дарси).