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

Формирование гидратных соединений включения для управления состоянием связей в цементном камне

УДК: 622.245
DOI: 10.33285/0130-3872-2022-4(352)-21-27

Авторы:

¹ Научно-исследовательский институт трубопроводного транспорта, Москва, Россия

Ключевые слова: строительство скважин, цементирование скважин, тампонажные цементы, усадка цементного камня, гидратная вода, полимерные добавки, механизм расширения, гидратные связи, соединения включения, краун-эфиры

Аннотация:

Для обеспечения герметичности крепи скважины необходимо обеспечить долговременную работоспособность ее конструкции. Одним из элементов, определяющих работоспособность крепи скважин, является устойчивое существование цементного камня в за- и межколонном пространствах скважины. Устойчивое существование цементного камня включает в себя сохранение его изоляционных свойств в различных термодинамических условиях и герметичного контакта с ограничивающими поверхностями. Изменение состояния воды и гидратных связей в цементном камне, сопровождающееся их переходом в состояние ионного или молекулярного вещества, приводит к ослаблению и разрушению структуры цементного камня. Для этого вода в цементном камне должна находиться в состоянии вещества атомного строения. Исходя из природы гидратных связей, реализуемых в объеме цементного камня, существует возможность управления их состоянием и свойствами. Данное положение реализуется путем формирования в цементном камне гидратных соединений включения на основе воды и органических соединений, способных в гидратной воде выполнять роль наполнителя (субстрата). Усиление неполярности связей за счет формирования гидратных соединений включения на основе сочетания воды и углеводородных соединений позволяет управлять полярностью связей в соединениях, слагающих цементный камень, а следовательно, управлять и его прочностными свойствами, эксплуатационной долговечностью, объемными деформациями. Экспериментально показано, что крупноразмерные ионные соединения способны насыщать гидратную воду на основе продуктов гидратации портландцемента и менять прочностные характеристики камня, т.е. менять уровень полярности в гидратных связях цементного камня.

Список литературы:

1. Белоусов В.П., Панов М.Ю. Термодинамика водных растворов неэлектролитов. – Л.: Химия, 1983. – 265 с.
2. Глинка Н.Л. Общая химия. – Л.: Химия, 1981. – 720 с.
3. Крамер Ф. Соединения включения: пер. с нем. – М.: Иностр. лит., 1958. – 169 с.
4. Xаган М. Клатратные соединения включения. – М.: Мир, 1966. – 165 с.
5. Дядин Ю.А., Удачин К.А., Бондарюк И.В. Соединения включения. – Новосибирск: Изд-во Новосиб. гос. ун-та, 1988. – 93 с.
6. Стид Дж.В., Этвуд Дж.Л. Супрамолекулярная химия: в 2 т. – М.: ИКЦ "Академкнига", 2007. – Т. 1. – 480 с.; Т. 2. – 895 с.
7. Лен Ж.-М. Супрамолекулярная химия: концепция и перспективы. – Новосибирск: Наука. Сиб. предприятие РАН, 1998. – 334 с.
8. Эйзенберг Д., Кауцман В. Структура и свойства воды. – Л.: Гидрометеоиздат, 1975. – 280 с.
9. Эрдеи-Груз Т. Явление переноса в водных растворах: пер. с англ. – М.: Мир, 1976. – 595 с.
10. Мосин О.В., Игнатов И. Структура воды и физическая реальность // Сознание и физическая реальность. – 2011. – Т. 16, № 9. – С. 16–31.
11. Немухин А.В. Многообразие кластеров // Российский хим. журн. – 1996. – Т. 40, № 2. – С. 48–56.
12. Шарафутдинов З.З., Чегодаев Ф.А., Шарафутдинова Р.З. Буровые и тампонажные растворы. Теория и практика: справ. – СПб.: НПО "Профессионал", 2007. – 416 с.
13. Ратинов В.Б., Розенберг Т.И. Добавки в бетон. – М.: Стройиздат, 1973. – 207 с.
14. Добавки в бетон: справ. пособие / под ред. В.С. Рамачандрана; пер. с англ. Т.И. Розенберг, С.А. Болдырева. – М.: Стройиздат, 1988. – 575 с.
15. Патуроев В.В. Полимербетоны. – М.: Стройиздат, 1987. – 286 с.
16. Бутт Ю.М., Рашкович Л.Н. Твердение вяжущих при повышенных температурах. – М.: Стройиздат, 1965. – 223 с.
17. Тейлор Х.Ф. Химия цемента: пер. с англ. – М.: Мир, 1996. – 560 с.
18. Черкинский Ю.С. Полимерцементный бетон. – М.: Стройиздат, 1984. – 213 с.
19. Шарафутдинов З.З., Ипполитов В.В. Прорыв пластовых флюидов через зацементированное пространство и основные пути его предотвращения: в 4 ч. // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2008. – № 6. – С. 41–46; № 7. – С. 42–49; № 8. – С. 41–44; № 9. – С. 28–31.
20. Шарафутдинов З.З., Крылов В.И., Богданова Ю.М. Управление процессами формирования цементного камня на основе представлений супрамолекулярной химии // Бурение и нефть. – 2009. – № 12. – С. 8–10.
21. Шарафутдинов З.З., Кривобородов Ю.Р. Полимерцементные системы для строительства нефтяных и газовых скважин // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2017. – № 3. – С. 37–50.
22. Kirov M.V. Residual entropy of ice nanotubes and ice layers // Physica A: Statistical Mechanics and its Applications. – 2013. – Vol. 392, Issue 4. – P. 680–688. – DOI: 10.1016/j.physa.2012.10.041