Шлакові цементи

Як базовий матеріал для виготовлення термостійких тампонаж­них цементів використовують доменні шлаки - відходи металур­гійного виробництва, переважно виплавлення чавуну. До складу доменних шлаків входять чотири основні оксиди: CaO, Si0₂, A1₂0₃, MgO. Порівняно із складом ПЦТ в шлаку відсутній Fe₂О₃, але він вміщує від 2 до 30% MgO. В шлаку менший вміст оксиду кальцію (40-50%) і більший вміст кремнезему (25-40%).

Завдяки такому хімічному складу в процесі гідратації утворює­ться беліт, активність якого достатня тільки за високих температур, тому шлакові цементи застосовують для цементування високотем­пературних свердловин. Гідроксид кальцію в процесі гідратації шла­ку практично не утворюється. У чистому вигляді шлаки не вико­ристовують. Для забезпечення утворення низькоосновних силікатів типу беліту, які підвищують температуростійкість цементу, готують суміші шлаку з кремнеземом у співвідношенні CaO/Si0₂ = 0,4:1, а для прискорення строків затужавіння додають до 20% ПЦТ.

До температури 200°С міцність каменю з такої суміші зростає, а проникність зменшується, що вигідно відрізняє шлакосуміш від ПЦТ, у якого за таких температур ці основні властивості погір­шуються.

Промисловістю налагоджено випуск декількох різновидностей тампонажного цементу на базі шлаків:

o ШПЦС-200 - шлакопіщаний цемент сумісного помелу, реко­мендується використовувати в температурному діапазоні 160-250 °С. В ньому вміщується до 70% шлаку і до 50% піску, розчин готують при W=0,4.

o ШПЦС-120 - для температур 80-160 °С. До його складу додатково вводять до 20% ПЦТ, розчин готують при W~ 0,43.

Випускають також обважнені шлакові цементи ОШЦ1-120, ОШЦ1-200, густина тампонажного розчину яких перебуває в межах 2160-2300 кг/м³ (W =0,32).

До складу цементів типу ОШЦ входить доменний шлак в кіль­кості не менше 25% і залізна руда до 75%. Гранульований шлак подрібнюють разом з рудою. В цементи ОШЦ-120 і ОШЦ1-200 додається не більше 20% ПЦТ.

Шлакові цементи добре протистоять сольовій агресії, тому їх використовують для цементування інтервалів залягання соляних відкладів. Більш високу корозійну стійкість має цемент типу ЦТОК-120 - обважнений корозійностійкий тампонажний цемент, який застосовують за умов дії мінералізованої води або вуглекисневої і сірководневої агресії за температур від 80 до 160 °С. Отримують цей цемент сумісним помелом гранульованого доменного шлаку (не більше 65%) і кварцового піску (не більше 10%), парафіногідрофобізуючої добавки (не більше 5%) і бариту (не більше 55%). Виготовляють цементи ЦТОК-120-1 для приготування розчину густиною 2060- 2150 кг/м³ і ЦТОК-120-2 густиною 2160-2300 кг/м₃.

Цемент тампонажний сірководневостійкий для температур 90-150 °С виготовляють із нікелевого шлаку (до 86,3%), до якого дода­ють 8,6% портландцементного клінкеру і до 5,1% вапняку.

Загальним недоліком шлакових цементів є нестабільність власти­востей, яка пов'язана з різноманітністю їхнього мінералогічного складу.

Беліто-кремнеземистий цемент (БКЦ)

Основу БКЦ складає нефеліновий шлам - відходи виробництва глинозему з нефелінових порід. Шлам складається з беліту, до яко­го додається подрібнений кварц у співвідношенні від 3:1 до 1:1. БКЦ характеризується повільним затужавінням за високих темпе­ратур. На відміну від шлакових цементів він має стабільні склад і властивості, високу термостійкість і можливість регулювання його властивостей. Це робить БКЦ одним із кращих цементів для ви­сокотемпературних свердловин. Аналог БКЦ виготовляє цементна промисловість США (цемент марки HTS, клас J).

Гіпсоглиноземистий цемент (ГГЦ)

Вихідною сировиною для виготовлення ГГЦ є вапняк і бок­сит. Після обпалювання вихідної сировини до спікання утворюється глиноземистий цемент, до якого додають 25-30% сульфату каль­цію у вигляді гіпсу або ангідриту. В основі затвердіння ГГЦ лежить реакція утворення еттрінгіту

ЗСаО•А1₂0₃•6H₂0+3(CaS0₄•2Н₂0)+19Н₂0 = ЗСаО•А1₂0₃•3CaS0₄•31Н₂0.

Цементний камінь із ГГЦ стійкий за температури до 60 °С. Він також стійкий у сульфатному середовищі, але нестійкий в кислому, тому що еттрінгіт розкладається при рН < 10,2.

ГГЦ тужавіє швидше, ніж ПЦТ, і має таку позитивну властивість,як рівномірність розширення під час затвердіння. Ця властивість у разі правильно підібраного складу цементу дає можливість отримати так званий напружений цемент, який має підвищену адгезію з оточуючими стінками свердловини і обсадної колони. Під час кріплення нафтових та газових свердловин використовують суміші тампонажного і гіпсоглиноземистого цементу у співвідношеннях (75-85%)/(25-15%). При W-0,45 і за температури 22°С об'ємне розширення досягає 2%.