Глиноземистый тампонажный цемент

В состав глиноземистого (алюминатного) цемента входят в основ­ном алюминаты кальция, которые и придают ему ценные свойства.

Изготовляется цемент из доменного шлака, образующегося при плавке бокситовой железной руды в присутствии маломагнезиального известняка и металлического лома. Глиноземистый цемент содержит около 40 % глинозема, примерно столько же окиси кальция и небольшое количество кремнезема {около 9 %), окись и закись железа (примерно 8—10 %) и незначительное количество различных примесей.

Из минералов, входящих в состав цемента, основным, определяющим его свойства, является однокальциевый алюминат (СаО- А12О3). Кроме того, в цемент входит двухкальциевый силикат и гелинит (2СаО •SiО2 • А12О3), не влияющий на свойства цемента. При затворении глиноземистого цемента образуется гидрат окиси алюминия А1(ОН)з — продукт соединения однокальциевого алюмината с водой, который при затвердевании постепенно уплотняется с образованием кристаллов, определяющих прочность цемента. Отличительной особенностью глиноземистого цемента является способность его быстро схватываться. Поэтому он применяется в тех случаях, когда необходимо быстрое затвердевание цементного рас­твора (при тампонировании зон ухода, цементировании колонн и др.). Начало схватывания предусматривается не ранее 0,5 ч и не позднее 3 ч после затворения; конец наступает от 1 ч до 8 ч после начала схватывания. Имеются глиноземистые цементы с началом схватывания 10—15 мин и концом — 15—30 мин. Области их применения из-за коротких сроков схватывания ограничены. На основе глиноземистого цемента создан расширяющийся гипсоглиноземистый цемент, обладающий так же, как и первый, повышенной водонепроницаемостью и не дающий усадки при твердении. Расширяющийся цемент включает в себя до 85 % глиноземистого цемента, строительный гипс и высокоосновный гидроалюминат кальция. Применяется он для тампонирования нефтяных и газовых скважин.

При затворении цемент расширяется вследствие образования гидросульфоалюмината кальция, увеличивающегося в объеме в про­цессе кристаллизации. Создается плотный контакт со стенкой скважины и обсадной колонной и образуется плотное кольцо высокой водонепроницаемости. Быстросхватывающиеся смеси не рассчитаны на длительный срок службы, поэтому при их приготовлении не учитываются прочностные свойства и коррозионная стойкость. Основное их назначение – закупоривать трещины и крупные поры для предотвращения ухода промывочной жидкости.

Бетонные резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов. Не менее важной проблемой в нефтехимической промышленности является хранение нефти и нефтепродуктов. При создании резервуаров следует учитывать специфику физических свойств жидкостей, подлежащих хранению (огнеопасность, взрываемость, электризация, испаряемость, вязкость и токсичность). В связи с этим резервуары являются ответственными сооружениями1 и должны быть стойкими к воздействию нефти и нефтепродуктов и обеспечивать хранение жидкостей без потерь, надежными в противопожарном отношении, взрывобезопасности и удобными в эксплуатации, долговечными и экономичными. Резервуары сооружаются из стали, бетона, железобетона, камня, кирпича и других материалов. В последние годы неметаллические резервуары получили значительное распространение, так как в отличие от металлических они более долговечны и экономичны. Неметаллические резервуары устраивают наземными и заглубленными. Заглубленные резервуары, в свою очередь, подразделяются на полуподземные, менее половины высоты которых находится над поверхностью земли, и подземные, у которых зеркало жидкости примерно на 20 см ниже уровня прилегающей территории.

В основном сооружаются полуподземные и подземные резервуары, так как они более надежны в противопожарном отношении. Емкость таких резервуаров может быть весьма значительной. Нередко встречаются резервуары с емкостью более 100000 м³, в то время как емкость наземных резервуаров в основном не превышает 5000 м³. Неметаллические резервуары значительной емкости сооружаются из бетона и железобетона, отличающихся высокой прочностью.

Бетоны, предназначенные для строительства резервуаров, могут быть изготовлены на основе различных цементов, стойких к воздействию нефти, нефтепродуктов и агрессивных вод. К таким цементам следует отнести сульфатостойкий портланд-цемент, сульфатостойкий пуццолановый портланд-цемент, ангидритоглиноземистый цемент, гипсоглиноземистый цемент, глиноземистый ангидритошлаковый цемент. Бетоны, из которых сооружаются резервуары, должны быть не только прочными, но и обладать высокой степенью плотности, во избежание проницаемости легких фракций хранимых жидкостей. Кроме того, высокая

плотность обеспечивает бетонам морозостойкость и стойкость к воздействию агрессивных вод. Получение высокоплотного бетона является ответственной задачей и зависит от минералогического состава, качества и марки цемента, заполнителя, водоцементного отношения, условий его укладки и затвердевания. Повышение плотности бетона достигается применением расширяющихся и безусадочных цементов или введением в цементную смесь гидравлических добавок (пуццоланов, пемзы, извести-пушонки, полуводного гипса, гидроокиси железа, натриевой бентонитовой глины и др.), способных образовывать гелеобразные вещества, заполняющие поры в формирующемся цементном камне. Оптимальное количество вводимых в бетон добавок устанавливается экспериментально. Введение в цементную смесь хлористых солей кальция и натрия способствует образованию высоконепроницаемого для нефтепродуктов бетона.

Для защиты резервуаров от воздействия на них грунтовых и поверхностных вод чаще всего применяют изоляцию на битумной основе (битумная, которая может быть обмазочной, обклеечнои и пластичной, и битумоцементная, представляющая собой многослойное чередование битумных пленок и цементных прослоек).

Значительный интерес для строительства резервуаров представляет крупнопористый бетон. Непроницаемость нефтепродуктов в резервуарах, изготовленных из такого бетона, достигается созданием наружного гидроподпора с высотой, равной уровню хранимой жидкости. Равномерно распределенные по объему бетона поры заполняются водой, которая, выполняя роль изоляции, создает надежную непроницаемость для более легких (по сравнению с водой) нефтепродуктов.

Следует отметить, что применение стойких к нефти и нефтепродуктам полимерных материалов в качестве покрытии для внутренней поверхности бетонных резервуаров создаст условия полной их непроницаемости. Широкое внедрение полимеров в резервуаростроение, а также использование полимер-цементных бетонов может в полной мере решить проблему надежного хранения нефти и нефтепродуктов.

Рекомендуемая литература:

Осн. 1 [346-374]

Контрольные вопросы:

1. Что называется цементом?

2. Что называется бетоном?

3. Что является основой цементного клинкера?

4. Как влияет на прочностные свойства цемента качество помола?

5. Какими свойствами должен обладать тампонажный цемент?

Планы практических (семинарских) занятий

Планы лабораторных занятий