Файл: Вязельщиков В.М. Барханный песок как промышленное сырье при цементировании скважин.pdf

блоков непосредственно из каракумского барханного пе­ ска без добавления каких-либо веществ.

В трудах Ташкентского института инженеров желез­ нодорожного транспорта отмечается крайняя мелкозер­ нистость и высокая удельная поверхность зерен бархан­ ного песка. В связи с этим для снижения расхода цемен­ та предлагается смешивать барханный песок с более крупным естественным заполнителем или искусственны­ ми укрупнителями, полученными путем мелкого дробле­ ния естественного камня. Установление оптимального соотношения песка и заполнителей производилось по наи­ большей прочности и теоретической плотности бетона. Результаты исследований указывают, что при примене­ нии высокомарочных бетонов и оптимального, определя­ емого каждый раз особо соотношения между заполните­ лями, можно получить вполне удовлетворительные гид­ ротехнические и, тем более, обычные бетоны с нормаль^ ным расходом цемента.

В работах Среднеазиатского научно-исследователь­ ского института ирригации рассматривалось влияние лес­ совидных примесей в песке на свойства цементного ра­ створа и бетона. Наблюдение над свежезатворенными цементно-песчаными смесями при использовании порт­ ланд-цемента показало, что водопотребность раствора одинаковой пластичности увеличивается пропорциональ­ но проценту загрязнения песка. Присутствие в песке ма­ лопрочных лессовидных примесей делает прочность ра­ створа с загрязненным песком меньше прочности раст­ вора с песком, не содержащим примесей. Указывается,

.10

что значительную роль играет и качество самого песка. Пески с лучшей гранулометрией и меньшей пустотностью более чувствительны к присутствию примесей, ко­ торые сказываются особенно неблагоприятно при исполь­ зовании шлако-портланд-цемента и глиноземистого це­ мента.

По результатам химических и физико-химических ис­ следований каракумские пески отличаются малой круп­ ностью и пониженным содержанием кварца. Пески Узбе­ кистана также не удовлетворяют требованиям ГОСТа по содержанию глины, ила и мелких пылевидных фрак­ ций.

Обобщая материалы исследований, можно заметить, что, несмотря на мелкозернистость и повышенное содер* жание пылеватых частиц, пустынные пески признаются вполне пригодными для введения в бетоны с целью эко­ номии цемента. Мерами снижения отрицательного влия­ ния пылеватых частиц на прочность цемента являются смешение мелкого песка с более крупным заполнителем, подбор оптимального соотношения между заполнителя­ ми, применение высокомарочных бетонов, подбор режи­ ма автоклавной обработки при изготовлении бетонных изделий.

Бетоны для гидротехнической и строительной про­ мышленности в значительной степени отличаются от це­ ментного раствора для крепления скважин как по физи­ ко-механическим свойствам, так и по способу обработки и доставки на рабочее место.

Важнейшим'показателем тампонажного цементного раствора является способность его к прокачиванию на­ сосами в течение длительного времени, тогда как для строительных растворов требования к пластичности бо­ лее умеренны, что позволяет уменьшать количество воды

11

Т а б л и ц а 1

Физико-механические показатели барханного песка

для затворения (это повышает прочность) и вводить за ­ полнитель большей крупности. Кроме этого, к строитель­ ным и гидротехническим растворам можно применять различные средства обработки: виброуплотнение, отсос излишней воды, автоклавная обработка и т. д.

Техническая сторона преимуществ строительных раст­ воров перед тампонажными в значительной мере компен­ сируется высокими физико-механическими качествами тампонажного цемента.

Различие в целях применения строительно-гидротех­ нических бетонов и тампонажного цемента не мешает некоторые общие выводы из работ с цементно-песчаны­ ми строитедьными материалами переносить на тампонаж­ но-песчанистые цементы. Так для изготовления изделий из бетона рекомендуется к определенному рецепту смеси подбирать режим автоклавной обработки. В скважинных условиях нахождение цементного камня в затрубном пространстве есть та же самая автоклавная обработка, которая является определяющим началом для установ­ ления рецепта смеси, так как забойные условия скважи­ ны не поддаются изменению.

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ РАБОТЫ ПО ПРИМЕНЕНИЮ БАРХАННОГО ПЕСКА

ПРИ ЦЕМЕНТИРОВАНИИ СКВАЖИН В ТУРКМЕНИИ

Нефтяная промышленность, в частности бурение, яв­ ляется потребителем огромного количества высококаче­ ственного тампонажного цемента. Нефтяники Туркмении используют тампонажный цемент, который в основном поставляется Кувасайским и Карадагским цементными заводами.

13

Разбросанность и труднодоступность участков буре­ ния создает значительные трудности в доставке материа­ лов, транспортные расходы на которые составляют зна­ чительный вес в стоимости буровых работ.

Естественно, что вопросы экономии цемента за счет использования местных ресурсов, снижающих матери­ альные расходы и транспортные потребности, очень ак­ туальны. Такими ресурсами, способными сократить рас­ ход тампонажного цемента, являются пустынные (эоло­ вые) пески. Они занимают около 80 процентов террито­ рии республики и имеются везде, где ведутся буровые работы.

Комплекс исследований, проведенных в Туркменском филиале ВНИИ, был направлен на выяснение возмож­ ности использования пустынного песка в смеси с тампо­ нажным цементом для крепления скважин. Исходя из этого, вопрос о применении тех или иных песков решался конкретно с привязкой к данной местности, имеющимся скважинным условиям. В качестве наполнителей к це­ менту испытывались пески, отобранные из следующих площадей бурения: Котур-Тепе, Вышка, Челекен, Фараб, Дарваза.

ХАРАКТЕРИСТИКА ПУСТЫННЫХ ПЕСКОВ В РАЙОНАХ ОСНОВНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ТУРКМЕНИИ

Отбор песков для лабораторных и полупромышленных испытаний из районов, где предполагается их промыш­ ленное использование, должен соответствовать песча­ ному массиву в целом.

Согласно теории В. Н. Юнга, прочность цементного камня определяется, главным образом, взаимным распо­ ложением зерен цемента, возникающих новообразований

14

и зерен наполнителей относительно друг друга, то есть наивысшая плотность укладки частиц, составляющих цементный камень, достигается при благоприятном соот­ ношении размеров зерен цемента и зерен песка-наполни­

Для соблюдения этого положения отбор проб песка с эоловых форм рельефа (барханов и песчаных гряд), сог­ ласно рекомендациям А. С. Леваднюка, нужно проводить в трех местах: в начале наветренного склона, в средней части и на гребне с глубины не менее 15-20 сантиметров. Средняя проба получается после смешивания в равных количествах этих трех проб. Данные физико-механиче­ ских свойств представлены в таблице 1. Как видно из таблицы, удельные и объемные веса исследуемых песков практически одинаковы, пустотность также изменяется в незначительных пределах, 48—50 процентов. Водора­ створимые соли в небольшом количестве отмечены в песках из районов Вышки и Котур-Тепе. Органических примесей в песках не обнаружено. Это значительно по­ вышает их качество, потому что органические соедине­ ния, особенно образующиеся из них кислоты, оказывают вредное влияние на цемент, взаимодействуя с продукта­ ми гидратации, главным образом с известью.

Барханные пески мелкозернисты, в них совершенно отсутствуют фракции крупнее 0,5 миллиметра. Из них можно выделить песок с Вышки, который более крупно­ зернист и менее отсортирован, И песок из Фараба, в ко­ тором фракция 0,105 — 0,075 миллиметров составляет

15

92,7 процента, что указывает на исключительно хорошую отсортированность и перевеянность.

К песку, предназначенному для введения в цемент, предъявляются определенные требования для грануло­ метрического состава. Сортность песка определяется процентным количеством песка, проходящего через от->- верстия сита 0,6 — 0,15 миллиметра. Для первого it вто­ рого сорта через отверстия 0,6 миллиметра должно: про­ ходить не менее 95 процентов песка, через отверстия 0,15 миллиметра не более 15 процентов (первый сорт) и не более 45 — (второй сорт). У всех исследуемых песков (кроме песка из Вышки) через сито с отверстиями 0,15 миллиметра проходит от 62 до 97 процентов, то есть пе­ ски по принятой классификации являются внесорткыми.

В минералогическом отношении эоловые пески пред­ ставляют многокомпонентную смесь минералов, в коли­ чественном составе на 81 — 90 процентов состоящую из кварца и полевого шпата, из них полевого шпата 31—36, кварца 50—54 процента.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЕСЧАНИСТОГО ЦЕМЕНТА

Для промышленного применения песчанистого цемен­ та с добавками барханного песка подбирался такой со­ став цементно-песчаной смеси, свойства которой не усту­

или пресная. Выбор ее определялся конкретными произ-

16