ЦЕМЕНТНЫЕ ПРИСАДКИ

Большинство цементов содержат некоторые присадки, чтобы регулировать свой­ства цементного раствора и оптимизировать цементирование (рис. 10.4). Большинство присадок известны по названиям торговых марок, используемыми обслуживающими

компаниями. Причины использования присадок следующие: - варьировать плотность цементного раствора - изменять прочность на сжатие - увеличить или замедлить время схватывания - контролировать водоотдачу - снизить вязкость цементного раствора Присадки могут доставляться на буровую в сухом или в жидком виде и могут смеши­ваться с цементом или добавляться в воду для приготовления цементного раствора пе­ред затворением. Количество используемых присадок обычно дается в процентном со­отношении к весу цементного порошка. Некоторые присадки будут влиять более, чем одно свойство и нужно быть предельно внимательными в их использовании. Необхо­димо помнить, что раствор смешивается и тестируется в лаборатории для воспроизве­дения действительных условий скважины перед фактическим цементированием.

Рис. 10.4. Цементные присадки

а) Катализаторы

Катализаторы или ускорители схватывания добавляются в цементный раствор для сокращения времени схватывания цемента. Они используется, когда время схватывания цемента значительно больше, времени цементирования. Катализаторы играют особо важную роль в мелких скважинах, где температуры низки и поэтому цементному рас­твору понадобится больше времени для схватывания. Быстросхватывающиеся цемент­ные растворы применят для цементирования кондукторов и направлений, когда время ОЗЦ должно быть минимальным. В более глубоких скважинах более высокие темпера­туры способствуют процессу загустевания, в таком случае в катализаторах необходи­мости нет.

Наиболее распространенные типы катализаторов следующие:

• хлорид кальция (CaCI₂) 1.5.. .2.0 %;

• хлорид натрия (NaCl) 2.0.. .2.5 %;

• морская вода.

Эти соли ускоряют схватывание цементного раствора за счёт увеличения ионного содержания водной фазы. В результате основные компоненты цемента С₃Б, С₂Б, С₃А быстрее гидратируют и освобождают гидроксид кальция.

Необходимо заметить, что высокая концентрация этих присадок будет вести себя как добавка-замедлитель.

б) Замедлители схватывания

В глубоких скважинах высокие температуры сократят время загустевания це­ментного раствора. Назначение замедлителей продлить время загустевания цементного раствора и заблаговременно избежать риска схватывания цемента в обсадной колонне. Температура скважины на забое является критическим фактором, который влияет на время схватывания цементного раствора, поэтому определяет необходимость примене­ния замедлителей. При забойной температуре 125...135 °С эффект замедлителей будет определяться в соответствующих лабораторных испытаниях.

Наиболее распространенные типы замедлителей:

• кальцийлигносульфанат (иногда с органическими кислотами) 0,1.. .1,5 %;

• насыщенные солевые растворы;

• производные целлюлозы.

в) Облегчающие добавки

Облегчающие добавки используются для уменьшения плотности цементного рас­твора, когда гидростатическое давление цементного раствора превышает давление гид­роразрыва пласта. При уменьшении плотности цементного раствора предельная проч­ность на сжатие также уменьшается, а время загустевания увеличивается.

Использование этих присадок позволяет увеличить объём воды, тем самым, увеличи­вая выход цементного раствора. Поэтому такие присадки иногда называются разбавителями. Самые распространенные облегчающие добавки:

• Бентонит (2.16 %) - Это безусловно самый распространенный тип присадки, ис­пользуемый для сокращения плотности цементного раствора. Бетонитовая глина, имеющая плотность 2650 кг/м³ поглощает воду, таким образом, позволяя добавить еще воды. Однако бетонит также сокращает прочность на сжатие и снижает со­противление к сульфатной агрессии. Добавление бетонита увеличит количество получаемого цементного раствора. Для цемента класса G плотность может быть снижена с 1890 кг/м³ до 1510 кг/м³ путём добавления 12 % бентонитовой глины.

• Пуццолан - Это кремнистый материал вулканического происхождения с плотностью 2500 кг/м³. При смешивании его с портландцементом в отношении 50/50 и добавле­нии 2 % бентонитовой глины получают цементный раствор с плотностью 1600 кг/м³. В результате применения пуццолана происходит незначительное снижение прочно­сти на сжатие, но увеличивается сопротивление сульфатной коррозии.

• Диатомовая земля (10.40 %) - Большая площадь поверхности диатомовой земли способствует большему поглощению воды, и её добавки образуют цементные растворы с низкой плотностью, ниже 1300 кг/м³.

г) Утяжеляющие добавки

Утяжеляющие добавки используются при цементировании интервалов с высокой прочностью пластов. Наиболее распространенные типы присадок:

• Барит (сульфат бария) - плотность 4250 кг/м³, может использоваться для дости­жения плотностей бурового раствора до 2150 кг/м³. Увеличивает прочность це­ментного раствора, но ухудшает прокачиваемость.

• Гематит (Fe₂O₃) - высокая плотность 5020 кг/м³ обеспечивает повышение плотно­сти цементного раствора до 2630 кг/м³. Гематит значительно сокращает прокачи- ваемость цементных растворов, поэтому при его использовании могут потребо­ваться присадки сокращающее трение.

д) Понизители водоотдачи

Понизители водоотдачи используются для предотвращения обезвоживания це­ментного раствора и преждевременного схватывания. Наиболее распространённые

присадки: - Органические полимеры (целлюлоза) 0.5.. .1.5 % - Карбоксиметил гидрок- симетилцеллюлоза (КМЦ) 0.3.. .1.0 % (КМЦ будет также вести себя как замедлитель).

е) Присадки уменьшающие трение (Диспергаторы) Диспергаторы добавляются для улучшения свойств цементного раствора. В частности они снижают вязкость це­ментного раствора, так чтобы турбулентность происходила при более низком циркуля­ционном давлении, тем самым сокращая риск разрыва пластов. Наиболее распростра­ненные: - Полимеры 0,3.. .0,5 % - Соль 1.17 % - Кальцийлигносульфанат (0,5.. .1,6 %)