Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние цементирования скважин расширящимися тампонажними цементами 9
1.1. Обоснование целесообразности использования расширяющихся тампонажних цементов 9
1.2. Способы получения расширящихся цементов 13
1.3. Виды расширящихся цементов и области их применения 18
1.4. Постановка задачи исследования 41
2. Исходньш материалы, аппаратура и методика экспериментов 45
2.1. Исходные материалы 45
2.2. Аппаратура и методика экспериментов 46
2.2.1. Определение состава и свойств цементного порошка и клинкера 48
2.2.2. Определение свойств тампонажних растворов 49
2.2.3. Методы исследования состава и физико-механических свойств цементного камня 50
2.2.4. Основные методы фазового анализа цементного камня. 54
2.2.5. Методика получения расширяющихся алинитовых клинкеров в лабораторных условиях 55
3. Исследование технологических свойств тампонажних раство ров и камня на основе алинитовых цементов 57
3.1. Алинитовый цемент как новый вяжущий материал 57
3.1.1. Особенности технологии производства и состав али-нитового цемента 57
3.1.2. Строительно-технические свойства алинитового цемента 64
3.2. Исследование технологических свойств тампонажних растворов на основе алинитового цемента 69
3.2.1. Сроїш схватыванвд и время загустевания алинитовых тампонажних растворов 71
3.2.2. Механическая прочность цементного камня 77
3.2.3. Термостойкость и коррозионная стойкость алинито-вого цементного камня 82
3.2.4. Облегченные тампонажные растворы на базе алинито-вого цемента 86
4. Разработка составов алишт0в0г0 клинкера для получения расширящихся тампонажних цементов 90
4.1. Получение расширяющихся алинитовых клинкеров в лабораторных условиях 90
4.2. Особенности распределения свободного оксида кальция
в расширяющемся алинитовом клинкере 97
4.3. Выпуск полупромышленной партии алинитового расширяющегося тампонажного цемента на экспериментальной печи 101
4.4. Выводы 104
5. Исследование процессов структурообразования и твердения тампонажних систем на основе алинитового расшрящегося тампонажного цемента АРТЦ 106
5.1. Физико-механические свойства тампонажних растворов на основе АРТЦ 106
5.1.1. Кинетика расширения и структурообразования 106
5.1.2. Сроки схватывания и время загустевания 113
5.1.3. Водоудерживающая способность 117
5.2. Физико-механические характеристики цементного камня на основе АРТЦ 118
5.2.1. Механическая прочность 118
5.2.2. Газопроницаемость 122
5.2.3. Термостойкость и солестойкость 122
5.3. Расширяющиеся тампонажяые растворы пониженной плотности на основе АРТЦ 127
5.4. Рекомендуеглые составы расширяющихся тамгонажных растворов на основе АРТЦ . 128
5.5. Технологический эффект расширения 132
5.6. Исследование фазового состава и микроструктуры цементного камня на основе АРТЦ 135
5.6.1. Особенности фазового состава гидратированных АРТЦ 135
5.6.2. Шкроструктура цементного камня АРТЦ 141
5.7. Производственно-лабораторные испытания АРТЦ в различных организациях Мингео СССР 149
6. Выпуск опытно-промышленных партий алиеитового расширяющегося тампонажного цемента и испытания АРТЦ в про мысловых условиях 155
6.1. Выпуск опытно-промышленных партий АРТЦ в заводских условиях 159
6.2. Опытно-промышленные испытания АРТЦ 163
6.3. О приемке АРТЦ Министерством геологии СССР .167
Общие выводы 191
Список использованной литературы 175
Приложения
- Виды расширящихся цементов и области их применения
- Аппаратура и методика экспериментов
- Исследование технологических свойств тампонажних растворов на основе алинитового цемента
- Выпуск полупромышленной партии алинитового расширяющегося тампонажного цемента на экспериментальной печи
Введение к работе
Важнейшее место в народном хозяйстве нашей страны занимает нефтегазодобывающая промышленность. "Основными направлениями экономического и социального развития СССР на I98I-I985 года и на период до 1990 года" предусматривается довести к 1985 году добычу нефти до 620-645 млн.тонн, газа до 600-640 млрд.куб.метров. Для выполнения этих задач необходимо дальнейшее увеличение буровых работ и строительство надежных высокопроизводительных скважин в сложных горно-геологических условиях, качество и долговечность которых в значительной мере определяется надежностью их крепления и разобщения пластов.
Практика работ по креплению нефтяных и газовых скважин показывает, что современная технология цементирования во многих случаях не обеспечивает качественной герметизации заколонного пространства. Осложнения вследствии ненадежного разобщения пластов имеют место в скважинах различных регионов страны, в том числе на подземных хранилищах газа (ПХГ).
Эти осложнения наряду с другими факторами в основном являются следствием низких тампонирующе-изоляционных свойств применяемых тампонажних растворов и цементного камня на их основе, особенно на ранних стадиях твердения, а также плохим сцеплением цементного камня с обсадными трубами и горными породами.
По мнению целого ряда специалистов в области крепления скважин М.О.Ашрафьяяа, В.С.Бакшутова, А.И.Булатова, А.Л.Видовского, А.А.Гайворонского, М.П.Ееранина, Н.А.іубкина, В.С.Даяюшевского, Л.Б.Измайлова, И.Х.Каримова, Е.Г.Леонова, М.Р.Мавлютова, В.Д.Ма-леваяского, А.В.Мальцева, Д.Ф.Новохатского, Ш.М.Рахимбаева, Е.М. Соловьева, В.М.Фридмана, П.Х.Чжао и других, а также зарубежных исследователей Т.Дж.Гриффина, П.Н.Паркера, Р.Бейрута и др. наиболее качественную герметизацию заколонного пространства скважин и надежное разобщение пластов обеспечивают тампонажные материалы, обладающие положительными объемными изменениями при твердении, называемые расширяющимися цементами. При этом необходимая величина расширения должна составлять более 1%.
В результате обобщения литературных данных в качестве отправного нами было принято положение, что повышение качества разобщения пластов и предотвращение возможных осложнений нужно осуществлять не отрицая других способов, путем применения расширяющихся тампонажних цементов с большой величиной расширения.
Особую актуальность в плане реализации этого положения приобретает проблема создания более эффективных по сравнению с существующими расширяющихся тампонажных цементов с большой величиной расширения, доступных для массового применения и удовлетворяющих многообразию требований, которые возникают при цементировании скважин в сложных горно-геологических условиях.
Из большого многообразия существующих расширяющихся тампонажных цементов (ЕЩ) наибольшим расширением обладают РТЦ на оксидной основе, разработанные в 70-ые годы на кафедре бурения МИНХиШ им.И.М.іубкина /39-41,96/ Они представляют собой стандартные тампонажные портландцементы с добавкой негашенной извести, обожженной отдельно от цемента и вводимой в него либо при совместном помоле с клинкером, либо путем перемешивании при их раздельном измельчении. Указанные цементы обладают рядом положительных технологических свойств, линейным расширением порядка 6%. Однако по ряду причин такие цементы не нашли широкого применения в практике буровых работ. Главной из этих причин является раздельный обжиг клинкера и расширяющей добавки. Это вызвано тем, что температура обжига клинкера 1450-1500°С, а расширяющей добавки П00-1200°С.
В результате исследований в диссертационной работе была предложена рабочая гипотеза возможности получения тампонажного цемента с большой величиной расширения при одновременном обжиге клинкера и расширяющей добавки -да базе алйнитового цемента по энергосберегающей низкотемпературной солевой (НТС) технологии.
Цель работы заключалась в разработке составов, исследовании процессов твердения и технологических свойств расширяющегося алйнитового (хлорсиликатного) тампонажного цемента с улучшенной термо-и коррозионной стойкостью.
Работу над диссертацией автор проводил с 1980 г. на кафедре "Бурение нефтяных и газовых скважин" МИНХиїїІ им.И.М.іубкина. Тематика полностью соответствует проблемному плану НИР на XI пятилетку (Постановление ІКІЇТ и Госплана СССР от 09.12.80 г., приложение В 2, проблема 03.02.06, задание М2а; Ш 473 от 12.12.80 г., приложение В 5, ЦКП 0.Ц.005, задание 11.02, п.М.І.а).
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи исследований;
1. В результате обобщения отечественных и зарубежных материалов наметить пути совершенствования технологии получения и разработки составов нового расширяющегося тампонажного раствора для цементирования глубоких скважин.
2. Исследовать возможность получения тампонажных растворов на основе алйнитового цемента и определить их основные технологические свойства, возможность регулирования этих свойств.
3. Проверить экспериментально и реализовать на практике гипотезу получения клинкера с большой величиной расширения на базе алйнитового цемента по энергосберегающей НТС-технологии.
4. Провести лабораторные и производственные исследования и испытания тампонажных растворов на базе разработанного алйнитового расширяющегося тампонажного цемента (АРТЦ) для определения возможности его практического приїленения для цементирования нефтяных и газовых скважин.
5. Осуществить промышленный выпуск партии АРТЦ на основе алинитового клинкера с большой величиной расширения на стандартном заводском оборудовании и провесяи его опытно-промышленные испытания при цементировании газовой скважины»
Виды расширящихся цементов и области их применения
В зависимости от способа расширения цементного камня отечественными и зарубежными исследователями были предложены различные рецептуры расширяющихся цементов. В этой связи необходимо остановиться на наиболее перспективных разработках.
Использование добавки алюминиевого порошка в цементное тесто для придания ему способности расширяться при одновременном уменьшении объемной массы хорошо известно в практике получения газобетона.
При реакции гидрооксида кальция и алюминиевого порошка выделяется газообразный водород, который вспучивает цементное тесто. Следовательно, в этом случае будет наблюдаться расширение тогда, когда силы вспучивания (давление газа) будут несколько превосходить силы сопротивления цементного теста (при определенной величине его пластической прочности) и внешнего давления.
Расширяющийся цемент РВВБРБ получают при добавке к портландцементу алюминиевого порошка (0,01$), сульфата алюминия (2%), хлористого кальция (2%) и сульфитво-спиртовой барды (0,15$) Расширение теста составляет 0,4-0,8$. Нашел опытное применение в строительстве, как цемент предотвращающий появление в бетоне усадочных трещин /77/.
Известны случаи применения портландцемента с добавкой алюминиевого порошка для предупреждения затрубных газопроявлений скважин /67/. При этом колонны цементировали тампонажним цементом с добавкой 0,005$ алюминиевого порошка. Через 3 суток отмечалось уменьшение газопроницаемости контакта в 10 раз, через 20 сут. - в 100 раз. Через 25 суток через кольцевое пространство переток газа не наблюдался.
В работах /97,98/ приведены результаты лабораторных исследований линейной деформации цементного камня с добавками хлористого натрия. Показано преимущество минерализованных тампонаж-ных растворов с содержанием хлористого натріия в количестве 20$ от веса вяжущего, который уменьшает усадочную деформацию цемента УЦГ-2, ЦБС и вызывает расширение чистого Кувасайского цемента до 0,36$, компенсирующее отрицательное влияние изменений элементов крепи скважины в результате баротермических воздействий. Проведены промышленные испытания предлагаемых рецептур расширяющихся тампонажних растворов.
Улучшения качества сцепления цементного камня с обсадными трубами и горными породами при применении расширяющихся соленасы-щенных тампонажних растворов достиналось и в практике крепления скважин за рубежом /131,132,137/.
В работе /130/ описаны результаты исследований свойств расширяющихся соленасыщенных тампонажних растворов, представляющих собой цементы класса Н, 35$ кремниевый песок и 42$ воды с I, 18 и 32,7$ соли. Расширение промышлеяно выпускаемого расширяющегося цемента при температуре 121,1С и давлении 21,0 Ша составляет 0,2-0,3$.
Соленасыщенные тампояажные растворы при креплении скважин используются в широкой области температур, но ввиду сравнительно яеболыпой величины линейного расширения тампонажного камня (0,2-0,5%), применение последних наиболее рационально при цементировании хемогенных отложений и межтрубных пространства, где толщина глинистой корки минимальна /98/.
Анализ известных способов получения расширяющихся цементов свидетельствует о том, что большинство из них основано на образовании кристаллов высокосульфатной формы гидросульфоалюмината кальция, увеличивающихся в объеме в процессе структурообразования, что приводит к расширению твердеющего цемента.
Значительных успехов в разработке и применении вящующих с расширяющимися добавками достигли специалисты в области химии и технологии цементов.Еще в 1890 году С.Кондло и в 1892 г. В.Михаэлис упоминают о возможности образования и существовании сложной молекулы гидро-сульфоалюмината кальция C AtCS )3j в цементном камне.
В 40-ые годы В.В.Михайловым /75,109/была выдвинута идея использования расширения при образовании высокосульфтной формы гидросульфоалюмината кальция (ГСАК) для получения расширяющегося и напрягающего цементов.
Водонепроницаемый расширяющийся цемент, предложенный В.В.Михайловым /109/ , , изготовляют путем совместного помола или смешивания глиноземистого цемента с расширяющимся компонентом, состоящим из двух частей гипса и одной части высокоосновного гидро-алкмината кальция.В 1946 г. П.П.Буцников/]3,110/ предложил способ получения расширяющегося цемента на основе глиноземистого цемента или -глиноземистого шлака, двуводного гипса и извести - кипелки.
В.Э.Лейрих /108/для получения расширяющегося цемента предложил совместный помол глиноземистых шлаков (40$), доменного шлака (41$), извести - пушанки (9$) и ангидрита (10$). Полученный рас ширяюшдйся цемент назван ГАШ - глиноземисто-ангидритово-шлаковым. Во влажных условиях дает расширение порядка 0,1-0,6%.
Б.Г.Скрамтаев и Э.З.Юцович/Ш/в 1950 г. предложили применение тампонажного расширяющегося цемента, приготовленного помолом 80-92% доменного основного гранулированного шлака, 3-5% глиноземистого цемента и строительного гипса. Этот цемент одно время нашел применение в метростроении.
И.В.Кравченко предложила расширяющийся цемент /1]2/ получаемый смешиванием портландцемента, глиноземистого цемента или боксита, гипса и гидравлической добавки. Этот цемент получил дальнейшее развитие.
Совместно с Ю.Ф.Соломатиной И.В.Кравченко /,5б/ разработала расширяющийся порлавдцемент, полученный помолом портландцементяо-го клинкера (60-65%), глиноземистого цемента или боксита (5-7%), гипса (7-10%) и гидравлической добавки (20-25%).
В 1951 г. П.П.Будяиков И.В.Кравченко, Б.Г.Скрамтаев разработали гипсоглияоземистый расширяющийся цемент ГГЩ /30/, получаемый совместным помолом глиноземистых шлаков (65-70%) и гипсового камня (30-35%). На одном из заводов страны было организовано производство этого цемента, который выпускается и в настоящее время.
Под руководством Й.В.Кравченко /90/ разработан расширяющийся портландцемент РЩ, состоящий из портландцементяого клинкера (60-65%), гранулированного шлака (20-25%) высокоглиноземистых шлаков (5-7%) и гипса (7-10%).
Под руководством В.Х.Прохорова И.Б.Веприком, В.Э.Лейрихом и др,/ПЗ/ был., создан расширяющийся портландцемент. РЩ, получаемый путем совместного помола портландцементяого клинкера (60-70%), высокоглиноземистых доменных шлаков (10-17%), гранулированного доменного шлака (8-12%), гипса (7-9%) и извести (0,5-2%). Расшире
Аппаратура и методика экспериментов
Методы испытания расширяющихся тампонажных растворов и цементного камня должны с достаточной точностью моделировать сква-жинные условия.
Для выполнения исследований свойств тампонажных цементов и процессов твердения в специфических условиях, характерных для глубоких скважин, поставка экспериментов осуществлялась по научно-обоснованной комплексной методике, разработанной проф.В.С.Да-нюшевским /36/ , схема которой представлена на рис. 2.1.
Методика учитывает следующие основные особенности тампонажного раствора и цементного камня как материала:- непрерывное изменение свойств цементного раствора и цементного камня во времени;- непрерывное изменение химического и фазового состава во времени;- высокую чувствительность состава и свойств цементного раствора и цементного камня к температуре и влажности окружающей среды;- определяющее влияние взаимосвязи "фазовый состав - микроструктура - свойства" для цементного камня;- большое значение гетерогенности и степени дисперсности для свойств цементного раствора и цементного камня.
Основными положениями укааанной методики являются:- выполнение всего комплекса исследований состава и свойств из одной пробы (образца) цемента;- выбор достаточного количества параллельных проб;- обработка пробы для анализа остава и структуры при температуре, не превышающей 60С; тампонажних композиций.- использование экспериментальных проб минимального размера.
Для определения химического и минералогического состава цемента применялись традиционные методы химического, петроррафичес-ского (микроскопия со шлифов) и рентгенофазового анализов /19,33/.
Качественные и количественные минералогические составы клинкеров исследовались с применением методов рентгенографического анализа (метод порошков), позволяющих получить с помощью дифрак-тометра характерную дифракционную картину рентгеновских лучей, рассеянных на плоском поликристаллическом порошковом образце.
В качестве рентгеновского дифрактометра использовали модифицированную установку УРС-50 ИМ с сцинтиляционным счетчиком СРС-4 и пересчетным устройством ІЖ-2. Внешний стандарт - кварц (троекратная съемка),, аналитическое отражение: алинита 1,85 и 3,24; бели-та 2,87; хлоралюмината кальция 4,89 и 2,68; двухкальциевого феррита 2,66 А .
Электронно-микроскопические снимки клинкеров получали с самооттененных угльных реплик со сколов материалов и кристаллов на микроскопах ЭМ-5, а также n TE5LA В -242 "с разрешением 2-3 нм.
Оптическая микроскопия клинкеров выполнялась в иммерсии и с прозрачных шлифов на микроскопе МИН-8.
Из числа физических свойств цементного порошка определяли плотность и степень дисперсности. Плотность определялась пикно-метрическим методоа. Степень дисперсности порошка устанавливалась определением удельной поверхности методом воздухопроницаемости на приборе ПСХ-4.
Приготовление тампонажного раствора (затворение) осуществлялось вручную по стандартному методу. Перемешивание раствора во всех случаях производилось в течении 3-х минут, считая с момента вливания воды в цемент.
Свойства тампонажного раствора характеризовались плотностью, седиментационной устойчивостью и подвижностью(растекаемость, консистенция). Сроки схватывания цементного раствора определялись по стандартной методике на приборе Вика. Кинетика загустевания определялась с помощью консистометров КЦ-5 и КЦ-3. Кинетика нарастания пластической прочности раствора определялась методом конического пластометра, разработанного акад.П.А.Ребиндером.
В соответствии с целью исследований важнейшей характеристикой тампонажного раствора является его способность к расширению. Методика определения линейного расширения расширяющихся тампонажних цементов в процессе твердения, принятая для строительных расширяющихся цементов, не приемлема. Ею предусматривается измерение длины (исходной) образцов цементного камня начинать после 24 ч твердения. Это не позволяет определить расширение, происходящее в цементном камне в первые 24 часа после затворения цемента. Работы многих исследователей /Зі,53,70,102. идр/и практика показали, что объемное расширение тампонажного раствора и цементного камня из РТЦ необходимо начинать фиксировать с момента затворения цемента. Исследования / ?6/ показали, что именно расширение в ранний период твердения (до начала схватывания) раствора из РТЦ определяет его более высокую тампонирующую способность по сравнению с раствором из обычного тампонажного цемента.
Наблюдения за изменениями объема цементного раствора и цементного камня на ранней стадии твердения автором проводились с помощью несколько реконструированного прибора для определения набухания глин конструкции К.Ф.Жипача и А.Н.Ярова по методике ШНХ и ГП им.И.М.Губкина /9S/ .
Размер, форма и число параллельных экспериментальных образцов цементного камня были выбраны такими, что позволяли провести на одном образце большое число различных измерений, количество параллельных образцов обеспечивало достаточную точность измерений, а масса была достаточной для усреднения с целью изучения структуры и состава.
В наших исследованиях применялись цилиндрические образцы диаметром и высотой 18 мм и стандартные образцы-балочки размерами 40x40x160 мм.
Для каждого опыта, как это принято и другими исследователями; испытывалось по три образца - "близнеца". "Близнецами" называются образцы, изготовленные из одного замеса цементного раствора и выдерживающиеся в одинаковых условиях одно и то же время.
В зависимости от характера дальнейших испытаний и вида цемента образцы затворяли в стальных или картонных формах, расположенных вертикально относительно оси цилиндра. Извлечение затвердевших образцов из форм производилось после выдерживания их в течении 24 ч.
При заданной температуре до 40С образцы в формах выдерживались при заданной температуре до набора необходимой прочности в камере с атмосферным давлением и относительной влажностью воздуха, близкой к 100% (над водой, в пространстве, изолированной гидравлическим затвором). Через 24 часа образцы извлекались из
Исследование технологических свойств тампонажних растворов на основе алинитового цемента
На основе результатов многолетних исследований, а также обобщения опыта проводки и эксплуатации нефтяных и газовых скважин определены важнейшие требования к качеству тампонажного раствора и формирующегося из него камня / 15,1,17,Ъ7, 91 /
После приготовления тампонажного раствора его текучесть, а также сроки загустевания и схватывания должны быть достаточными для возможности транспортировки раствора в затрубное пространство скважины при температуре и давлении, соответствующих ее глубине.
Тампонажный раствор должен обладать приемлемыми (с точки зрения предотвращения гидравлического разрыва пластов и нефтегазо-проявлений) плотностью, показателями реологических свойств и водоотдачей (минимальной).
После продавливания в затрубное пространство цементный раствор должен быть седиментационно устойчивым и в кратчайший срок затвердевать и образовывать прочный и непроницаемый камень.
Тампонажный раствор должен превращаться в твердое тело с небольшим увеличением объема или по крайней мере, без малейшей усадки в условиях конкретной ситуации в скважине.
Это твердое тело должно иметь сцепление с обсадной колонной и стенками скважины и прочность, достаточные, чтобы противостоять тем силам, которые могут возникнуть в период работы скважины. При определении пригодности вяжущих материалов для целей крепления глубоких скважин - необходимо исследовать:I ) структурно-реологические и фильтрационные свойства тампонажного раствора; Z) предельные сроки схватывания и загустевания тампонажного раствора;3) объемные изменения твердеющего цементного теста;4) прочность цементного камня в анние сроки твердения;5) долговечность цементного камня в условиях высоких температур и давлений и при агрессии пластовых воды (т.е. термосолестойкость камня).
Известно, что схватывание и твердение цементных растворов более интенсивно ускоряется при повышении тегшературы, чем при повышении давления /15,17/ . Повышение давления сверх 40 МПа практически мало влияет на скорость структурообразования тампо-нажных смесей.
Исходя из этого, тампонажные свойства алинитовых цементов исследовали в диапазоне температур 20-120С и давлении 0,1-40 МПа.
Экспериментальным путем определяли следующие показатели цементных растворов и сформировавшегося из них камня:I) растекаемость на стандартном конусе;Z) сроки загустевания на приборах КЦ-5 и КЦ-3;3) сроки схватывания по стандартной методике на приборе Вика;4) водоотдачу цементных растворов в атмосферных условиях;5) объемные изменения цементного камня в течении 7 суток в . атмосферных условиях, а также при температурах 75 и 90С;6) механическую прочность образцов цементного камня на сжатие ( Є еж ) и изгиб ( О мзг ) после тверждения в течение 1,2,7 и 28 суток;7) термостойкость цементного камня при температуре 90С в течение I года;8) коррозионную стойкость цементного камня в условиях солевой агрессии в течение I года.
Исследованию подвергались цементные растворы и камень, полученные на базе строительного алинитового цемента. Использовались заводской строительный алинитовый цемент, выпускаемый Ахаргарая-ским опытно-экспериментальным заводом НТС-цемента и алинитовые цементы различной дисперсности, полученные измельчением заводского клинкера с добавкой (либо без добавки) двуводного гипса.
Данные о химическом составе использованных алинитовых цементов и клинкеров приведены в табл. 3.2.
Коэффициент насыщения (КН) применяемых алинитовых цементов составляет 0,90-0,95.Удельная поверхность строительного алинитового цемента заводского помола находится в пределах 350-400 м /кг.
Для получения достоверных результатов исследовали в сопоставимых условиях несколько партий приготовленного в разное время года строительного алинитового цемента и клинкеров, а в качестве контрольных - тампонажный портландцемент для "холодных" скважин (ЩХС) Зцолбуяовского завода и для "горячих" скважин (ЇЇЦТС) Ку-васайского завода.. Сроки схватывания и время загустевания алинитовых тампонажних растворов Влияние температуры, давления и добавок химреактивов на сро
Выпуск полупромышленной партии алинитового расширяющегося тампонажного цемента на экспериментальной печи
По формулировке А.А.Пащенко с сотрудниками /64/ получение в составе цемента извести , гидратация которой замедлена по сравнению с высокоактивной известью и намного ускорена по сравнению со скоростью гидратации метрвообожженной свободной извести, образующейся при обжиге портландцементного клинкера, позволит разработать состав расширяющегося цемента, отвечающий современным требованиям к расширяющимся цементам.
В соответствии с этой идеей разработка и получение расширяющихся алинитовых клинкеров в лабораторных условиях в электрической муфельной печи позволили приступить к получению расширяющегося алинитового цемента в больших количествах для исследования их физико-механических и технологических свойств. Дня, этого совместно с М.Я.Бикбау и другими сотрудниками лаборатории процессов низкотемпературного клинкерообразования Ташкентского института "НИИстромпроект" были разработаны основные элементы технологии получения расширяющихся алинитовых клинкеров на стандартных технологических линиях производства цемента. Максимальная температура обжига должна составлять И50-1200С. Бремя прохождения материала по печи должно быть не менее 2 часов. Определено оптимальное содержание хлористого кальция в сырьевой смеси с учетом возгонки при обжиге - 7-8$. При недостаточном содержании хлористого кальция в материале обжиг надо вести при более высокой температуре (порядка I230-I250C). При этом появляется силикатный расплав сравнительной высокой вязкости и скорость обессоливания из-за замедления диффузионных процессов снижается. При повышении содержания хлористого кальция в сырьевой смеси температуру обжига снижают, степень обессоливания повышается. Оптимальным следует считать обжиг, когда остаточное содержание хлор-иона в клинкере составляет 2,2-2,7 %.
Для реализации разработанных элементов технологии получения расширяющегося алинитового клинкера в условиях максимально приближенным к заводским была приспособлена экспериментальная вра щающаяся печь отдела опытных установок института "НИИстром-проект", представляющая собой модель реальной вращающейся печи в масштабе около 1:15 (рис. 4.6, ).
Для приготовления сырьевых смесей было использовано сырье Ахангаранского OcG, химический состав которых приведен в табл. 4. Z . Сырьевая смесь составлялась из следующих компонентов: известняк ахангаранский - 70-75%; лёсс ахангаранский - 15-20%; огарки пиритные - 2%\ хлористый кальций по ГОСТ 450-77 - 8%. Получение расширяющегося алинитового клинкера осуществлялось по полусухому способу на гранулированном материале. Максимальная температура обжига в зоне спекания составляла П50-1200С (см.приложение). Температуру факела материала в зоне спекания и на выходе из печи измеряли оптическим пирометром 0ППИР.
После отработки элементов технологии на экспериментальной печи (рис. 4.6. ) по низкотемпературной солевой технологии был осуществлен выпуск нескольких полупромышленных опытньк партий алинитового расширяющегося тампонажного клинкера, содержащих свободный оксид кальция, модифицированный хлором,в коли честве от 5.2 до 22,7%. Минералогический состав полученных клинкеров приводится в табл. 4:. 4 . Клинкера обозначены индексами Т-1,Т-2,Т-3,Т-4.Цементы получаемые из алинитовых клинкеров, содержащих избыток свободного оксида кальция, модифицированного хлором, путем помола с добавкой (либо без добавкио) двуводного гипса названы алинитовым расширяющимся тампонажним цементом, сокращенно АРТЦ.4.4. Выводы по разделу :1. В результате исследований предположена и проверена экспериментально, гипотеза получения клинкера с большой величинойрасширения на базе алинитового цемента по энергосберегающейнизкотемпературной солевой технологии.2. Установлено, что величина расширения растет с увеличением количества свободного оксида кальция в клинкере. 3. Изучены особенности присутствия свободного оксида кальция в алинитовом клинкере, гомогенно распределенных на поверхности клинкерных минералов в виде мельчайших кристалликов, наблюдаемых только электронной микроскопией.4. На экспериментальной вращающейся печи по низкотемпературной солевой технологии осуществлен выпуск опытной партии алинито-вого расширяющегося тампонажного цемента (АРТЦ) с различным содержанием свободного оксида кальция в клинкере, что показывает принципиальную возможность получения АРТЦ на стандартных заводских технологических линиях производства цемента.
