Ускорители процесса схватывания

Назначение: сокращают сроки загустевания, создают высокую раннюю прочность камня на сжатие

Механизм действия: увеличивает проницаемость C-S-H-гель слоя,

Формирование C-S-H-гель слоя на атомном уровне с реакцией с ионами Ca²⁺

Хлорид кальция (CaCl₂) при 2-4% пвц. – как ускоритель, от 6% результаты непрогнозируемые, и возможно преждевременное схватывание. Значительно повышает скорость развития прочности на сжатие в течение первых нескольких дней после схватывания. В начале, проницаемость цементного камня с хлоридом кальция, сокращается, позже цементный камень становится более проницаемым.

Хлорид натрия (NaCl₂) до 10% - как ускоритель, 10-18% - нейтральная активность, более 18% действует как очень слабый замедлитель.

Метасиликат натрия (безводный) (Na₂SiO₃) обычно используется как наполнитель, однако имеет эффект ускорения.

Натриевая соль муравьиной кислоты, Щавелевая кислота, Триэтаноламин (ТЭА) – органические соли

Замедлители процесса схватывания

Механизм действия: Адсорбционная теория. Замедление происходит из-за адсорбции реагента на поверхность гидратационного продукта, таким образом, замедляется реакция с водой.

Теория выпадения осадка. Замедлитель реагирует с кальцием или/и гидроксильным ионом в водной фазе, формируя нерастворимый и непроницаемый слой вокруг частиц цемента.

Теория зародышеобразования. Замедлитель оседает на зародыш гидратационного продукта, предотвращая их дальнейший рост.

Теория комплексообразования. Ион кальция является хелатным по отношению к замедлителю, предотвращая образование зародышей.

 

Лигносульфонаты – это полимеры, произведенные из древесной целлюлозной массы. Средняя молекулярная масса 20000-30000. Лигносульфонатные замедлители эффективны для портландцементов при концентрациях 0,1-1,5%. В зависимости от содержания углеводов и химической структуры и природы цемента они эффективны до циркуляционной температуры 122 ^оС. Температурный предел можно повысить до 315°С, добавив в лигносульфонат борат натрия. Лигносульфонатные замедлители работают лучше с цементами с низким содержанием трехкальциевого алюмината

Гидроксикарбоксильная кислота содержит гидроксильную и карбоксильную группы. Они имеют сильную замедляющую способность и могут легко сохранять ее при забойных динамических температурах менее 93^оС. (лимонная кислота –обладает сильным замедляющим эффектом, и обычно используется с концентрацией 0,1-0,3%). По сравнению с лигносульфонатом, гидроксикарбоксильная кислота действует более эффективно с цементом с низким содержанием трехкальциевого алюмината.

Производные целлюлозы - полимеры целлюлозы и полисахариды произведены из древесины или других растений, они стабильны к щелочности цементного раствора. Тенденция замедления вероятно является результатом адсорбции полимера на гидратную поверхность цемента.

Органофосфонаты – алкиленфосфоновых кислот и их соли определяют как характерный замедлитель. Они имеют прекрасную гидролитическую стабильность и, в зависимости от молекулярной основы, работают при динамической температуре свыше 204°С. (НТФ)

Сложные сахариды -лучшими замедлителями в этой категории являются сахароза и рафиназа. Замедляющий эффект зависит от чувствительности соединений к деградации щелочного гидролиза.

Некоторые неорганические соединения:

• борная, фосфорная, фтористоводородная, хромовая кислоты и их соли;

• хлорид натрия при концентрациях более 20% по объему воды затворения;

• оксиды цинка и свинца.

Наполнители

Назначение: снижают плотность раствора, повышают выход раствора

Механизм действия: абсорбция воды, формирование C-S-H-гель слоя, более низкая плотность по сравнению с цементом

пеноцементный раствор

Бентонит

монтмориллонитовая или атапульгитовая глина

Метасиликат натрия (безводный)

Пуццолан

вулканический пепел, диатомит, зольная пыль (зола уноса), микрокремнезем

Снижают плотность цементного раствора за счет низкой собственной плотности по отношению к портландцементу, инертны по отношению к портландцементу.

вспученный перлит - измельченное вулканическое стекло. Под действием гидростатического давления в скважине открытые поры перлита заполняются водой, а закрытые поры разрушаются, т.е. на забое перлит становится тяжелее, что требует учитывать при приготовлении раствора на поверхности.

микросферы –это газонаполненные микродисперсные сферы. Применяют два вида микросфер: стеклянные и керамические, которые подразделяются по максимально допустимому разрушающему давлению. Некоторые образцы стеклянных микросфер могут выдерживать давление до 35-70 МПа. Керамические микросферы дешевле стеклянных. Они производятся из зольной пыли, поэтому их оболочка состоит из алюмосиликатов. Внутри них находится углекислый газ и азот. Керамические микросферы тяжелее стеклянных. Их допустимое давление составляет 30МПа. Микросферы должны быть равномерно распределены в составе сухой смеси с цементом и ни в коем случае не вводиться в воду затворения.

гильсонит – асфальтит (битум), черные угловатые частицы размером до 0,6 см. Часто используется для предотвращения потерь циркуляции. Т.к. температура размягчения 196°С, то не рекомендуется использовать в скважинах с температурой свыше 150°С. угольная пыль – крупнодисперсный материал, используемый для предотвращения потерь циркуляции. В отличии от гильсонита имеет точку плавления 540°С, поэтому может использоваться в высокотемпературных скважинах.

азот - вводится непосредственно в цементный раствор. Пеноцемент требует использования специально разработанной рецептуры раствора, чтобы создать однородную систему с высокой прочностью на сжатие и низкой проницаемостью.

Утяжелители

Критерии выбора утяжеляющих добавок:

размер частиц должен соответствовать размерам частиц портландцемента. Частицы большого размера будут оседать в растворе, частицы меньшего размера будут увеличивать вязкость раствора;

водоцементное отношение должно быть сравнительно малым; утяжеляющая добавка должна быть инертна к цементу и совместимой с другими добавками.

Барит (Ba₂SO₄)
плотность 4330 кг/м³, плотность растворов до 2300 кг/м³

Гематит (Fe₂O₃)
плотность 4950 кг/м³, плотность растворов 2280-2640 кг/м³

Титанистый железняк (FeTiO₃)
плотность 4450 кг/м³,плотность растворов до 2400 кг/м³

Тетраокись марганца (Mn₃O₄)
плотность 4800 кг/м³, плотность раствора 1950-2550 кг/м³

 

Понизители водоотдачи

Механизм действия: увеличение вязкости водной фазы раствора,

снижение проницаемости цементной корки за счет создания полимерной пленки или кольматации порового пространства

Водорастворимые полимеры:

Полимеры целлюлозы,

Полиамины,

сульфонатные ароматические полимеры,

Поливинилпирролидон,

AMPS сополимеры и тройные сополимеры

Порошкообразные мелкодисперсные материалы:

Бентонит,

латекс,

асфальтены,

термопластические смолы