Научно-технический журнал

«Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море»

ISSN 0130-3872

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ ТАМПОНАЖНЫХ СОСТАВОВ НА ОСНОВЕ ГЛИНОЗЕМИСТОГО ЦЕМЕНТА С ДОБАВЛЕНИЕМ УГЛЕРОДНОГО МОДИФИКАТОРА

УДК: 622.245.422.2
DOI: 10.33285/0130-3872-2021-9(345)-37-41

Авторы:

ЦЫГЕЛЬНЮК ЕЛЕНА ЮРЬЕВНА 1,
КОВАЛЬЧУК ВЛАДА СТАНИСЛАВОВНА 1
1 Санкт-Петербургский горный университет, г. Санкт-Петербург, Россия

Ключевые слова: цемент; крепление скважин; тампонажные смеси; углеродные материалы; графит.

Аннотация:

В статье обоснованы актуальность и необходимость внедрения добавок, улучшающих свойства тампонажной смеси. Дан краткий анализ цементных составов с различными модификациями углерода. Проанализировано влияние графита на физико-механические свойства тампонажных составов, изготовленных из глиноземистого цемента ГЦ-40. Описано влияние графита на процесс гидратации цемента. Проведены дифрактометрия, спектрометрия и термогравиметрия для изучения влияния графита на свойства цементных смесей. Рассмотрены прочностные свойства модифицированной тампонажной смеси в условиях нормальных температуры и давления. Оценено оптимальное содержание графита в вяжущем, позволяющее получить более высокие физико-механические свойства цементного камня (рост прочности на одноосное сжатие примерно на 15 %) по сравнению с цементным раствором без добавок. Определено, что необходимы небольшие дозы углеродных модификаторов для оптимального влиятния на свойства цементного камня.

Список литературы:

1. A review on the properties, reinforcing effects, and commercialization of nanomaterials for cement-based materials / Zhifang Zhao, Tianqi Qi, Wei Zhou [et al.] // Nanotechnology Reviews. - 2020. - Vol. 9, Issue 1. - P. 303-322. - DOI: 10.1515/ntrev-2020-0023
2. Carbon nanomaterials enhanced cement-based composites: advances and challenges / Mingrui Du, Hongwen Jing, Yuan Gao [et al.] // Nanotechnology Reviews. - 2020. - Vol. 9, Issue 1. - P. 115-135. - DOI: 10.1515/ntrev-2020-0011
3. Al-Rifaie W., Ahmed W. Effect of nanomaterials in cement mortar characteristics // J. of Engineering Science and Technology. - 2016. - Vol. 11, No 9. - P. 1321-1332.
4. Atomic force microscopy and nanoindentation of cement pastes with nanotube dispersions / Y.S. De Ibarra, J.J. Gaitero, E. Erkizia, I. Campillo // Physica Status Solidi (A) Applications and Materials. - 2006. - Vol. 203, Issue 6. - P. 1076-1081. - DOI: 10.1002/pssa.200566166
5. Geng Ying Li, Pei Ming Wang, Xiaohua Zhao. Mechanical behavior and microstructure of cement composites incorporating surface-treated multi-walled Carbon nanotube // Carbon. - 2005. - Vol. 43, Issue 6. - P. 1239-1245. - DOI: 10.1016/j.carbon.2004.12.017
6. Artamonova O.V., Sergutkina O.R. Construction Nanomaterials: Trends of Development and Prospects // Scientific Bulletin of Voronezh State Architectural and Construction University. - 2013. - No 6. - P. 13-23.
7. Shawgi A., Chinedum P.E., Saeed S. Improvement in Cement Sealing Properties and Integrity Using Conductive Carbon Nano Materials: From Strength to Thickening Time // SPE Annual Technical Conf. and Exhibition, Sep. 24-26, Dallas, Texas, USA. - 2018. - DOI: 10.2118/191709-MS
8. The Use of Low-Cost Graphite Nanomaterials to Enhance Zonal Isolation in Oil and Gas Wells / A. Peyvandi, A.D. Taleghani, P. Soroushian, R. Cammarata // SPE Annual Technical Conf. and Exhibition, Oct. 9-11, San Antonio, Texas, USA. - 2017. - DOI: 10.2118/187105-MS
9. Tabatabaei M., Taleghani A.D., Alem N. Economic Nano-Additive to Improve Cement Sealing Capability // SPE Western Regional Meeting, Apr. 23-26, San Jose, California, USA. - 2019. - DOI: 10.2118/195259-MS
10. Shrinkage characteristics and strength recovery of nanomaterials-cement composites / Su-Jin Lee, S. Kawashima, Ki-Joong Kim [et al.] // Composite Structures. - 2018. - Vol. 202. - P. 559-565. - DOI: 10.1016/j.compstruct.2018.03.003
11. Fluctuation of electrical properties of carbon-based nanomaterials/cement composites: Case studies and parametric modeling / Hyo Kyoung Lee, Il-Woo Nam, M.Tafesse, Hyeong-Ki Kim // Cement and Concrete Composites. - 2019. - Vol. 102. - P. 55-70. - DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2019.04.008
12. Alkhamis M., Imqam A. New Cement Formulations Utilizing Graphene Nano Platelets to Improve Cement Properties and Long-Term Reliability in Oil Wells // SPE Kingdom of Saudi Arabia Annual Technical Symposium and Exhibition, Apr. 23-26, Dammam, Saudi Arabia. - 2018. - DOI: 10.2118/192342-MS
13. Al-Awami A.H. Carbon Nanotube Under High Pressure // SPE Kingdom of Saudi Arabia Annual Technical Symposium and Exhibition, Apr. 23-26, Dammam, Saudi Arabia. - 2018. - DOI: 10.2118/192185-MS
14. MWCNT for Enhancing Mechanical and Thixotropic Properties of Cement for HPHT Applications / M.K. Rahman, W.A. Khan, M.A. Mahmoud, P. Sarmah // Offshore Technology Conference Asia, Mar. 22-25, Kuala Lumpur, Malaysia. - 2016. - DOI: 10.4043/26465-MS
15. MWCNT for Enhancing Mechanical Properties of Oil Well Cement for HPHT Applications / W.A. Khan, M.K. Rahman, M.A. Mahmoud, P. Sarmah // SPE/IADC Middle East Drilling Technology Conference and Exhibition, Jan. 26-28, Abu Dhabi, UAE. - 2016. - DOI: 10.2118/178175-MS
16. Ghosal M.G., Chakraborty A.K. Application of Nanomaterials on Cement Mortar and Concrete: A Study Application of Nanomaterials on Cement Mortar and Concrete: A Study // Int. J. of Structural Engineering. - 2019. - Vol. X, No 1. - P. 7-15.
17. Effect of a commercial dispersion of multi walled carbon nanotubes on the hydration of an oil well cementing paste / O.A. Mendoza Reales, W.C. Pearl, M.D.M. Paiva [et al.] // Frontiers of Structural and Civil Engineering. - 2016. - Vol. 10. - P. 174-179. - DOI: 10.1007/s11709-015-0324-8
18. Adsorption of surfactant by nanosilica particles in carbon nanotubes/water dispersions: application in a cement matrix / O.A. Mendoza, W.C. Pearl, M. Paiva [et al.] // The 14th Int. Congress on the Chemestry of Cement, Bejing. - 2015.
19. Smirnyagina N.N., Tsyrenov B.O., Urkhanova L.A. Thermodynamic calculations on system "Portland cement - water - carbon nanomodifier" // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2020. - Vol. 880. - DOI: 10.1088/1757-899X/880/1/012025
20. Zhijuan Wang, Yuanming Song. Adsorption properties of CFBC ash-cement pastes as compared with PCC fly ash-cement pastes // Int. J. of Coal Science & Technology. - 2016. - Vol. 3, Issue 1. - P. 62-67. - DOI: 10.1007/s40789-016-0103-8
21. Self-healing ability of fly ash-cement systems / P. Termkhajornkit, T. Nawa, Y. Yamashiro, T. Saito // Cement and Concrete Composites. - 2009. - Vol. 31, Issue 3. - P. 195-203. - DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2008.12.009
22. Young Keun Cho, Sang Hwa Jung, Young Cheol Choi. Effects of chemical composition of fly ash on compressive strength of fly ash cement mortar // Construction and Building Materials. - 2019. - Vol. 204. - P. 255-264. - DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.01.208
23. Elmrabet R., El Harfi A., El Youbi M.S. Study of properties of fly ash cements // Materials Today: Proceedings. - 2019. - Vol. 13, Part 3. - P. 850-856. - DOI: 10.1016/j.matpr.2019.04.048
24. Strength aspects of fly ash in cement mortar / P. Moses, M.P. Chockalingam, R. Venkatakrishnaiah, P. Dayakar // Int. J. of Advanced Research in Engineering and Technology. - 2020. - Vol. 11, Issue 1. - P. 38-44. - DOI: 10.34218/ijaret.11.1.2020.006
25. Cement-Polymer Composite Containers for Radioactive Wastes Disposal / N.K. Ghattas, S. Eskander, T.A. Bayoumi, H.El-D. Saleh // Int. J. of Chemical and Environmental Engineering Systems. - 2012. - Vol. 3. - P. 17-25.