12.2.2 Утяжеленные шлаковые цементы

Утяжеленные шлаковые цементы предназначены для цементи­рования нефтяных §§ газовых скважин с пластовыми темпера­турами 80—220 ^СС, в том числе для изоляций соленосных отло­жений, сложенных галитом и галитом с примесью солей маг­ния. При необходимости температурный диапазон использова­ния цементов может быть расширен до 300 ^РС. Вяжущей осно­вой в цементе является доменный шлак, активирующей добавкой — портландцемент или клинкер, утяжелителем — железная руда Криворожского железорудного бассейна.

Установлено, что удельная поверхность руды практически не влияет на прочность камня. Хотя наблюдается тенденция уменьшения прочности с ростом удельной поверхности руды, особенно это проявляется при температуре 120 °С. Прочность на сжатие цементного камня, твердевшего при 22 °С и атмо­сферном давлений в течение 3 сут в воде, с увеличением удель­ной поверхности и количества руды пропорционально сни­жается с 2,2—3 до 1,5—1,1 МПа. При температуре 75 °С проч­ность утяжеленного камня увеличивается и достигает 3,2— 5,8 МПа при изгибе и 7—12 МПа при сжатии. Причем с повы­шением содержания руды в смеси до 50—60 % двухсуточная прочность камня возрастает. Это происходит вследствие положительного влияния Si0₂ и Fe₂O₃, содержащихся в руде в ко­личестве соответственно 20—22 и 60—65%, Максимальная прочность обеспечивается при содержании руды в смеси 50— 60%.

Эти же дозировки руды позволяют получить утяжеленный раствор плотностью 2060—2200 кг/м³, достаточной для создания противодавления, превышающего пластовое. При этом проч­ность камня при изгибе более 2,5 и при сжатии 7 МПа, что следует признать достаточным для надежной изоляции пла­стов, даже в условиях АВПД.

С увеличением температуры твердения до 120—200°С резко возрастает прочность камня, достигая 22—38 МПа при сжатии и 5,8—10,9 МПа при изгибе. При температурах 160—200°С активация утяжеленного шлакового цемента добавками порт­ландцемента исключается, так как прочность камня и без портландцемента достаточна и превышает при изгибе 5—6, а при сжатии более 15 МПа.

Исследования показали, что цементы совместного и раздель­ного помолов по качеству равноценны. Для получения раствора плотностью 2060—2150 кг/м³ оптимальная удельная поверх­ность цемента должна быть 220—240 м²/кг. Чтобы получить раствор плотностью 2160—2250 кг/м³, необходим цемент более грубого помола с удельной поверхностью 200±10 м²/кг, При использовании в качестве вяжущей основы обычных шлаков плотностью 2850—2950 кг/м³ плотность утяжелителя должна быть не менее 4200 кг/м³. Желательно иметь утяжеляющую до­бавку плотностью 4500—4600 кг/м³. В этом случае можно по­лучить композицию цемента, дающую раствор плотностью 2300—2400 кг/м³.

При температуре 70—80 °С цементы можно использовать без замедлителей сроков схватывания, так как начало схваты­вания в этих условиях не менее 2 ч. При 120 °С добавки 0,1 — 0,2 % ССБ и хромпика вполне достаточны для получения на­чала схватывания раствора 2—5 ч. Когда температура равна 200 °С, дозировка ССБ и хромпика должна увеличиваться до 0,3—0,6% (табл. II.8).

Таблица 11.8. Сроки схватывания растворов из утяжеленных шлаковых

цементов при раздельном помоле компонентов

Удельная поверх­ность руды, М^2/КГ	Массовые доли в смеси» %			в/т	Массовые доли добавок s растворе, %		Плотность, кг/см^3	Сроки схватывания» Ч-мин
	шлака	РУДЫ	цемента		ССБ	хром-. пик		нача­ло	конец

Т = 120 °С, р - 40 МПа

90	45,4	45,4	9,2	0,32	0,1	- 0,2	2160	4—50	6~	-50
136	45,4	45,4	9,2	0,33	0,1	0,2	2140	4—50	6™	-20
200	45,4	45,4	9*2	0,34	0,1	0,2	2120	5—15	6~	-45
265	45,4	45,4		0,36	0,1	0,2	2100	4—20	6™	-20
90	36	54,8	9,2	0,28	0,1	0,2	2270	3—35	5-	-05
136	36	54,8	9,2	0,30	0,1	0,2	2240	3—30	5-	-00
200	36	54,8	9,2	0,34	0,1	0,2	2160	4—20	5-	»50
265	36	54,8	9,2	0,33	0,1	0,2	2170	4—25	5~	-55
265	27	63,8		0,28	0,1	0,2	2310	5—05		-25
			Т = 160 °С, р =		* 50 МПа
136	40	60		0,34	—,		2170	2—40	3-	-40
159	40	60	—	0,35	—	—.	2150	1—00	1-	-30
159	40	60	—	0,33	—	—	2190	6—00	7—	-30

Т = 200 °С_} р = 60 МПа

136	40	60	—	0,32	0,15	0,3	2220	2—20	3—20
159	40	60	—	0,34	0,2	0,4	2170	2—35	3—45
136	30	70	—_	0,33	0,15	0,3	2230	2—10	3—10

Добавка ССБ и хромпика пластифицирует цементный рас твор, в результате чего снижаются гидравлические сопротив­ления в процессе закачки раствора в скважину. Утяжеленные растворы имеют пониженное против обычных цементов водосо- держание и, как правило, должны применяться с добавками пластификаторов.

В табл. II.9 приведена классификация утяжеленных цемен­тов по плотности растворов и области их применения, а также технические требования по ТУ 39-01-08-535—80. Первая цифра после буквенного обозначения цемента указывает на тип це­мента (1 или 2 ) по плотности раствора, число после дефиса означает температуру испытания цемента {для УШЦ).

Утяжеленные цементы выпускаются Константнновским за­водом утяжелителей и спеццементов Миннефтепрома.

Для регулирования сроков схватывания, кроме ССБ, хром­пика, гипана, могут применяться СВК, ВКК, дубители, окзил, КССБ и др. Добавку реагентов, загущающих раствор, следует ограничивать или вводить их в раствор в комбинации с разжи- жителями, например КМЦ + ССБ. Цементы затворяются на пресной минерализованной воде или на насыщенном растворе хлористого натрия. Жидкость затворения в смесительную камеру цементносмесительной машины 2СМ-20 рекомендуется подавать при давлении 2-3,5 МПа.

Т а б л я ц а II.9. Классификация утяжеленных цементов и основные требования к

ним

Цемент	Температура применения, °С рекомендуемая | допустимая		Удельная поверхность» м^2/кг	Плотность раствора» кг/м3
УЦГ-1	20—100	20—130	250	2060—2150
УЦГ-2	20—100	20—130	220	2160—2250
УШЦЫ20	80-160	40-160	250	2060—2150
УШЦ2Л20	80—160	40—160	220	2160—2250
УШЦ1-200	160—220	100—300	250	2050—2150
УШЦ2-200	160—220	100—300	220	2160—2250

Продолжение табл. 11.9

Цемент	Условия испытания		Замедлители» % не более			Сроки схватывания, ч			Прочность при изгибе, МПА
	Т. °С	р, МПа		ССБ	хромпик		начало, не менее	конец» не более
УЦГ-1	- 75	0,1					1,75	5		2,5
УЦГ-2	- 75	ОД		_			1,75	5		2,5
УЩЦИ20	120	40		0,2	0,2		2	10		3,0
УШЦ2-120	120	40		0,2	0,2		2	10		3,0
УШЦ1-200	200	60		0,5	, 0,5		2	8		4,5
УШЦ2-200	200	60		0,5	0,5		2	8		0,4

Время ожидания твердения утяжеленного цементного раствора рекомендуется устанавливать на основе данных табл. 11.10

Таблица 10.11

Цемент	Время ожидания твердения, ч, при статической температуре.°С
	20-40	40—100	100—160	160—250
УЦГ-1, УЦГ-2	48	24	16	___
УШЦ1-120, УШЦ2-120		24	16	—
УШЦ1-200» УШЦ2-200	—	—	24	16