Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование и разработка тампонажных составов пониженной плотности для цементирования скважин в условиях аномально низких пластовых давлений

ВАК РФ 25.00.15, Технология бурения и освоения скважин

Автореферат диссертации по теме "Обоснование и разработка тампонажных составов пониженной плотности для цементирования скважин в условиях аномально низких пластовых давлений"

На правах рукописи

СТОРЧАК Андрей Викторович

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТАМПОНАЖНЫХ СОСТАВОВ ПОНИЖЕННОЙ

ПЛОТНОСТИ ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН В УСЛОВИЯХ АНОМАЛЬНО НИЗКИХ ПЛАСТОВЫХ ДАВЛЕНИЙ

Специальность 25.00.15 - Технология бурения

и освоения скважин

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 5 МДР Ш

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2012

005013654

005013654

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном университете.

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор

Николаев Николай Иванович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, Санкт-Петербургский государственный горный университет, доцент, профессор кафедры механики

кандидат технических наук, ООО «ГазпромВНИИГаз», заведующий лабораторией крепления и заканчивания скважин

Ведущее предприятие - Альметьевский государственный нефтяной институт.

Защита состоится 30 марта 2012 г. в 14 ч на заседании диссертационного совета Д 212.224.02 при Санкт-Петербургском государственном горном университете по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд. 1160.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного университета.

Яковлев Андрей Арианович

Иванов Андрей Игоревич

Автореферат разослан 29 февраля 2012 г.

диссертационного совета д-р техн. наук, профессор

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

ОНИЩИН В.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы:

Проблема качественного разобщения пластов является одной из основных и актуальных проблем в области строительства скважин. Особенно остро это проблема стоит для месторождений Западной и Восточной Сибири, уникальных по своим запасам и геологическому строению, осложненных наличием многолетнемерзлых пород, пластов с низкими давлениями. Основными проблемами при креплении скважин в таких условиях являются поглощение тампонажных растворов, загрязнение фильтратом и твердой фазой цементного раствора и как следствие, значительное ухудшение коллекторских свойств призабойной зоны пласта, недоподъем цементного раствора до проектной высоты, некачественное разобщение пластов и появление вследствие этого межпластовых перетоков.

На месторождениях Кузнецовское (Кыновский горизонт, Ка=0,81), Боркомосское (Бобриковский горизонт, КА=0,81), Копальнинское (Артинский горизонт, КА=0,80), Верхнесалымское (Пласты БС,7.18, Ка=0,74), Харампурское (Пласт Ю1, КА=0,73), Среднеботуобилское (Ботуобинский ярус, Ка=0,78), Тас-Юряхское (Восточный блок, Ка=0,75), Иреляхское (Улаханский ярус, Ка=0,79), Юрубчено-Тохомском (Усольская, Ангарская свиты, Ка=0,9 1) и других в подавляющем числе скважин отмечается низкое качество цементирования низа эксплуатационных колонн, что создает условия для межпластовых перетоков флюидов. Недоподъем тампонажного раствора до устья в скважинах составляет 500...700 м, что эквивалентно поглощению 15...20 м3 тампонажного раствора в продуктивные пласты. Это вызывает снижение притока нефти при освоении скважин. Для указанных пластов характерны низкие давления гидроразрыва, составляющие 0,016...0,018 МПа/м.

Распространение зон аномально низкого пластового давления (АНПД) со значениями коэффициента аномальности 0,40,9 также характерно для скважин, бурящихся при строительстве подземных хранилищ газа на выработанных истощенных месторождениях. Цементирование скважин традиционными

тампонажными растворами вызывает уход раствора в поглощающие горизонты и его недоподьем до устья.

При цементировании скважин во избежание поглощения, предупреждения гидроразрыва пород в процессе цементирования и с целью снижения давления на продуктивные пласты целесообразно применение тампонажных растворов с пониженной плотностью и соответствующих режимов продавливания.

В этой связи, исследование и разработка новых облегченных тампонажных композиций с улучшенными технологическими свойствами, методов их приготовления, регулирования свойств и применения, свидетельствуют об актуальности темы диссертационной работы.

Значительный вклад в развитие научных представлений о процессах тампонирования скважин внесли отечественные и зарубежные исследователи Агзамов Ф.А., Ангелопуло O.K., Ахмадеев Р.Г., Ашрафьян М.О., Бабаян Э.В., Булатов А.И., Бутт Ю.М., Вахрамеев И.И., Данюшевский B.C., Каримов Н.Х., Крылов В.И., Курочкин Б.М., Мавлютов М.Р., Мирзаджанзаде А.Х., Мчедлов-Петросян О.М., Николаев Н.И., Овчинников В.П., Полак А.Ф., Поляков В.Н., Стрижнев К.В., Тян П.М., Шарафутдинов 3.3., Яковлев A.A., P.W. Brown, J.D. Birchell и др.

Актуальность темы подтверждается ее соответствием плану госбюджетных НИР кафедры бурения скважин СПГГУ.

Целью работы является повышение эффективности межпластовой изоляции затрубного пространства обсадных колонн в условиях низких пластовых давлений.

Идея работы заключается в использовании высокодисперсных вяжущих веществ в качестве базовых материалов для приготовления эффективных составов тампонажных смесей пониженной плотности с минеральными облегчающими добавками.

Задачи исследования: • Анализ существующих технологий и применения материалов для цементирования обсадных колонн в условиях аномально низких пластовых давлений.

• Оценка механизма влияния удельной поверхности цементного клинкера на физико-механические свойства тампонажного раствора и камня.

• Разработка новых тампонажных композиций с пониженной плотностью.

• Исследования структурно-реологических и физико-механических свойств разработанных составов.

• Разработка технико-технологических приемов приготовления и обоснование применения полученных композиций.

Методика исследований имеет экспериментально-теоретический характер и включает в себя теоретическое обоснование использования высокодисперсного цемента в качестве базового вяжущего вещества тампонажных композиций, комплекс экспериментальных работ по исследованию свойств тампонажного раствора и камня на основе выскокодисперсного цемента, а также планирование экспериментов и обработка их результатов с использованием методов математической статистики и современных статистических компьютерных программ.

Научная новизна заключается в теоретическом обосновании и экспериментальном подтверждении возможности использования портландцемента повышенной дисперсности в качестве базового вяжущего вещества в тампонажных составах с повышенным водоцементным отношением.

Защищаемые научные положения-.

1. Применение в качестве базового вяжущего материала высокодисперсного цемента с удельной поверхностью 600-650 м2/кг может обеспечить основные физико-механические свойства раствора и цементного камня при создании облегченных композиций тампонажных растворов с повышенным водоцементным отношением.

2. Введение в состав тампонажной смеси на основе микроцементов алюмосиликатных микросфер в количестве 10-20% позволяет получить при В/Ц от 0,7 до 0,9 облегченные тампонажные системы с плотностью 1300-1380 кг/м3.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций определяется современным уровнем аналитических и достаточным объемом экспериментальных исследований и

воспроизводимостью полученных данных, а также удовлетворительной сходимостью экспериментальных и прогнозных данных.

Практическая значимость работы заключается в разработке составов облегченных тампонажных смесей для крепления эксплуатационных колонн нефтяных и газовых скважин для условий аномально низких пластовых давлений, а также обосновании способа приготовления составов и технологии их применения.

Апробация работы. Основные положения, результаты теоретических и экспериментальных исследований, выводы и рекомендации докладывались на ежегодных научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых Санкт-Петербургского государственного горного университета (Санкт-Петербург, 2010, 2011); на Международной конференции, посвященной 55-ти летию кафедры бурения скважин Томского государственного политехнического университета (Томск, 2009); на XIV Международном научном симпозиуме студентов и молодых ученых им. акад. М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 2010); на XI международной молодежной конференции «Севергеоэкотех-2010» (Ухта, 2010); на Всероссийской научно-технической конференции «Нефтегазовое и горное дело» (Пермь, 2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 3 статьи опубликованы в журналах, входящих в перечень ведущих журналов и изданий, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка, включающего 97 наим. Материал диссертации изложен на 118 стр., включает 34 табл., 36 рис. и 1 приложение.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приводится общая характеристика работы, обосновывается ее актуальность, определяются цель, задачи, идея

работы, излагаются защищаемые научные положения, научная новизна и практическая значимость.

В первой главе приведен обзор существующих тампонажных композиций для крепления обсадных колонн нефтяных и газовых скважин в условиях аномально низких пластовых давлений.

Рассмотрены различные виды облегченных тампонажных составов, произведен анализ и дана оценка их основных технологических параметров. Выявлены наиболее перспективные варианты создания облегченных тампонажных смесей. Поставлены цели и задачи дальнейших исследований.

Во второй главе представлена методика теоретических и экспериментальных исследований облегченных тампонажных композиций. В ней изложены основные параметры тампонажных растворов для аномально низких пластовых давлений. Рассмотрены приборы для определения реологических свойств тампонажных смесей и физико-механических характеристик цементного камня, а также методика планирования экспериментов и статистической обработки результатов исследований.

В третьей главе представлены результаты

экспериментально-теоретических исследований по оценке влияния дисперсности минералов цементного клинкера на реологические и физико-механические свойства цементного раствора и камня. Исследования проводились с использованием портландцемента ПЦТ-1 и цемента ЯЬеосет 650 с удельной поверхностью 650 м2/кг. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность создания на базе выскодисперсного цемента растворов с повышенными значениями водоцементного отношения, обладающих требуемыми технологическими характеристиками.

Процесс структурообразования вяжущих веществ включает в себя два этапа. Первый этап заканчивается образованием коагуляционной структуры частиц и гидратных новообразований. Пластическая прочность структуры к этому моменту низка, темп нарастания ее медленный и зависит от связывания воды, степени диспергирования цемента в воде и накапливания гидратных новообразований. Такая система тиксотропна, и связь между частицами в ней обеспечивается гидратньши оболочками,

отделяющими частицы друг от друга. После механического разрушения системы связь восстанавливается.

Второй этап характеризуется возникновением и развитием кристаллизационной структуры трехкальциевого алюмината. Поверхность частиц увеличивается, возникают межмолекулярные связи. Этот процесс характеризуется интенсивным нарастанием прочности структуры. При этом образуется непосредственная связь между частицами, которая отличается высокой прочностью и необратимым характером разрушения.

В период вязкопластичного состояния (до начала схватывания) сцепление высокодисперсных продуктов гидратации обусловливается ван-дер-ваальсовыми и водородными силами связи. При этом образуется тиксотропная коагуляционная структура.

С увеличением дисперсности цементного клинкера скорость образования коагуляционной структуры и гидратных образований в цементной суспензии также возрастает. Более высокая концентрация частиц цемента в единице объема раствора приводит к созданию более прочной структуры с большим числом контактов срастания. Благодаря большей удельной поверхности, а следовательно, и энергии, силы связи между частицами значительно возрастают.

Активность цементного клинкера и течение процесса гидратации можно оценить по изменению удельного электрического сопротивления (р) цементного раствора. Проводником электрического тока в цементной суспензии является жидкая фаза, представляющая собой воду с растворенными в ней минералами цементного клинкера. Процесс изменения р характеризуется тремя периодами. Сразу после затворения цемента водой происходит уменьшение р до величины, равной 0,6...0,85 от начального значения (первый период). Это имеет место вследствие увеличения концентрации электролитов в жидкой фазе. Второй период характеризуется определенной стабилизацией, при которой величина р на какое-то время перестает изменяться. Подобное состояние объясняется следующим: уменьшение р вследствие увеличения концентрации ионов в жидкой фазе компенсируется увеличением р из-за постепенного снижения ее количества.

В третьем периоде величина р постоянно возрастает вследствие интенсификации уменьшения количества жидкой фазы

из-за химического и адсорбционного связывания воды и испарения ее в окружающую среду, а также нарушения сплошности наполненных жидкой фазой капилляров, что препятствует прохождению электрического тока. Интенсивность роста р обусловливается скоростью гидратации цемента, темпом его твердения и уменьшением водосодержания (рис. 1).

0,5 0,4

г 0,3

к о

^0,2 0,1

1 ! 1

1 1

4 ............ А 1

......... вэ» |

1 1 1 —1

100

200 300 400 1, минуты Портландцемент

0,6 0,5 0,4

г

¿0,3 о

а

0,2 ОД 0

1

/

/

100

200 300 1, минуты Микроцемент

400

а) б)

Рис. 1. Зависимость удельного сопротивления цементных растворов от времени, а) - В/Ц=0,5, б) - В/Ц=0,7

Графики рис.1 демонстрируют разницу в скоростях протекания гидратации для цементов с различной удельной поверхностью. Микроцемент проходит первые два этапа изменения удельного сопротивления за 120-130 мин, в то время как для портландцемента этот срок составляет порядка 240-250 мин.

В ходе исследований было определено, что цементные растворы, приготовленные на основе высокодисперсного цемента при В/Ц= 0,7-1,0 обладают сроками схватывания в пределах 2,5-4 ч, с растекаемостью 19-25 см.

Важнейшим компонентом, количеством и свойствами которого определяются физические свойства цементного камня, является цементный гель. Гель, образующийся при гидратации портландцемента, представляет собой гетерогенную смесь. Преобладающим элементом геля является гидросиликат кальция с

частицами коллоидного размера, неопределенного или меняющегося состава.

Удельный объем цементного геля не зависит от исходного водосодержания цементной суспензии и постоянен в течение процесса гидратации. Цементный гель распологается вокруг зерен цемента в виде тонкопористой массы. Эта масса включает гидратированную часть цемента и некоторое количество химически несвязанной воды, находящейся в порах геля. Остальная свободная вода образует промежуточный объем, называемый капиллярными порами.

Капиллярные поры представляет собой единую или раздробленную систему каналов, заполняющуюся цементным гелем в процессе гидратации. Размер капиллярных пор значительно больше, чем размер пор геля, и широко колеблется в зависимости от водоцементного отношения и степени гидратации цемента. В начальный период твердения капиллярные промежутки представляют собой непрерывную взаимосвязанную систему капиллярных каналов. По мере развития гидратации этот промежуток между зернами цемента заполняется цементным гелем. Постепенно неразрывность системы нарушается, и вместо капиллярных каналов образуются капиллярные гнезда. При увеличении водоцементного отношения капиллярные поры остаются и после окончания гидратации.

Использование тонкодисперсного цемента позволяет увеличить удельный объем цементного геля в формирующемся цементном камне и снизить в нем долю капиллярной пористости, что благоприятно повлияет на прочностные характеристика камня при повышенном содержании жидкости затворения.

В ходе экспериментальных исследований было установлено, что при использовании в качестве вяжущего вещества цемента с удельной поверхностью 650 м2/кг прочность цементного камня и скорость ее набора значительно превосходят эти показатели для портландцемента стандартной дисперсности (табл. 1,2).

Таблица 1

1рочность при изгибе тампонажного камня

Сутки Водонементное отношение

Микроцемент Портландцемент

0.7 0.9 0.7 0.9

2 1.97 0.89 0.54 0.26

3 2.18 1.37 1.21 0.65

5 2.66 1.71 1.73 1.15

7 2.96 2.14 1.99 1.29

Таблица 2

Прочность при сжатии тампонажного камня

Сутки Водоцементное отношение

Микроиемент Портландцемент

0.7 0.9 0.7 0.9

2 9.5 5.4 2.1 0.7

3 14.5 7.8 3.9 0.9

5 17.0 9.2 5.1 2.2

7 18.5 11.0 5.7 2.6

Цементный камень на основе микроцемента обладает большей прочностью при изгибе и сжатии, чем цементный камень, полученный из стандартного портландцемента. Разница в прочностных характеристиках особенно заметна при высоких значениях водоцементного отношения.

Далее, были проведены исследования пористости и газовой проницаемости цементного камня при различных водоцементных отношениях (табл. 3).

Таблица 3

Пористость и проницаемость тампонажного камня

В/Ц Микроцемент Портландцемент

Пористость, % Проницаемость, мД Пористость, % Проницаемость, мД

0,5 13.09 0.40 21.74 0.95

0,6 13.02 0.38 23.96 4.75

0,7 12.79 0.36 29.64 18.63

0,9 17.54 1.08 39.85 -

Пористость портландцемента линейно возрастает при увеличении водоцементного отношения от 0,5 до 0,9. Микроцемент, в свою очередь, сохраняет пористость на уровне 12-14% вплоть до В/Ц=0,7, после чего пористость возрастает до 18% при В/Ц=0,9. Таким образом, разница в пористости цементного камня изменяется от 9% при В/Ц=0,5 до 22% при В/Ц=1,0.

Микроцемент обладает низкой проницаемостью на уровне 0,5-0,8 мД при всех значениях В/Ц от 0,5 до 0,9. Портландцемент, обладая достаточно низкой проницаемостью при водоцементном отношении, равном 0,5, при его увеличении до 0,7 становится проницаемым более чем на 1800%. Исследования проницаемости портландцемента при значении В/Ц=0,9 не проводились во избежание разрушения образцов в процессе испытания.

Полученные результаты подтверждают обоснованность выбора цемента с высокой удельной поверхностью в качестве базового вяжущего вещества при повышенных водоцеменных соотношениях.

В четвертой главе изложены результаты

экспериментальных исследований свойств облегченных тампонажных композиций на основе высокодисперсного портландцемента с облегчающей добавкой.

Снижения плотности тампонажной смеси можно добиться как путем введения в смесь облегчающих добавок, так и путем повышения содержания дисперсионной среды (повышение водоцементного отношения). Однако увеличение содержания воды и облегчающих добавок негативно сказывается на технико-технологических параметрах раствора, а также на прочностных свойствах тампонажного камня.

Существующие рецептуры тампонажных композиций подразумевают введение облегчающих добавок в количестве 10-50% от массы цемента в цементный раствор с водоцементным отношением 0,45-0,55. В большей части этих составов используются в качестве минерального вяжущего вещества различные вариации портландцемента, что обусловливает верхнюю границу допустимого содержания воды в смеси, так как при дальнейшем повышении В/Ц тампонажные композиции перестают удовлетворять предъявляемым требованиям.

Результаты проведенных исследований позволяют обосновать выбор микроцемента в качестве базового вяжущего вещества для создания облегченных тампонажных композиций с повышенным водосодержанием. Микроцемент обладает удельной поверхностью 600-800 м2/кг, в то время как удельная поверхность портландцемента составляет 250-300 м2/кг. Повышение удельной поверхности вызывает повышение водопотребности смеси, что позволяет вводить в ее состав большее количество воды без ухудшения технологических параметров.

Для проведения экспериментальных исследований был выбран микроцемент марки Rheocem 650, обладающий удельной поверхностью 650 м2/кг.

При этом проводились исследования различных облегчающих добавок (зола-унос, керамзитовая пыль, алюмосиликатные полые микросферы и др.), в результате чего из всего многообразия материалов были выбраны алюмосиликатные полые микросферы (АСПМ), поскольку остальные добавки не обеспечивали удовлетворительных параметров цементного раствора и камня.

АСПМ представляют собой полые, почти идеальной формы силикатные шарики с гладкой поверхностью диаметром от 10 до 100 мкм (в среднем - 35 мкм). Толщина стенок от 2 до 10 мкм, температура плавления 1400—1500°С, плотность 580—690 кг/м3. Прочность при гидростатическом сжатии - 25-30 МПа. АСПМ являются отходом сжигания угля на ТЭЦ.

В связи с повышенным содержанием воды в разрабатываемых смесях в ходе исследований была установлена необходимость введения стабилизирующей добавки, которая при сохранении равномерной структуры смеси не снижает реологические параметры раствора и механические характеристики цементного камня. Основными критериями выбора добавки являются доступность и стоимость. В качестве стабилизирующей добавки автором был выбран реагент «Полидон» (высокомолекулярный поливинилпирролидон с молекулярной массой 5-10-6-106). Он представляет собой полупрозрачную бесцветную жидкость с полной растворимостью в воде, устойчивую к действию соляей поливалентных металлов, минерализованных вод

и повышенной температуры (до 120°С). В ходе исследований выбранный стабилизатор не оказал негативного влияния на свойства тампонажного раствора и камня, однако обеспечил необходимую стабильность смесей. Также в ходе исследований было установлено оптимальное содержание стабилизирующей добавки в пределах 0,81,2%. При меньшем содержании добавки теряется эффект стабилизации, а при большем - снижается прочность цементного камня.

Как видно из рис. 2, на котором представлены результаты исследований плотности тампонажных составов, снижение плотности растворов возможно до значений порядка 1,3-1,35 г/смЗ.

1,8

1,7

и

ГО

о.

« 1,5 и <0

-1,4 1,3

о

¿1,2

1Д

ш ..—

1 .......

ж.

/

—

....................... т ..

Рис.

5 10 15 20 25 30 35 40 Содержание микросфер,%

>В/Ц=0,6_________________ИВ/Ц=0,7.................... АВ/Ц=0,8 X В/Ц=0,9

45

2. Зависимость плотности тампонажной смеси от содержания микросфер

При содержании облегчающей добавки в количестве 20% и больше водоцементное отношение смеси не оказывает существенного влияния на ее плотность, но снижая при этом прочность получаемого цементного камня. Значительное снижение плотности достигается при содержании АСПМ до 20-25%, после чего темп снижения плотности раствора уменьшается. Таким образом, оптимальные значения плотности достигаются при содержании облегчающей добавки в пределах 15-25% от массы цемента.

Одной из характерных особенностей полученных тампонажных композиций являются их сроки схватывания, значительно более короткие, чем у составов на основе портландцемента стандартной дисперсности. Это свойство проявляется у всех исследованных водоцементных отношений, вплоть до В/Ц=1,0. Окончание сроков схватывания наблюдается в пределах 3-4 ч и зависит от водоцеметного отношения смеси.

На увеличение сроков схватывания незначительное влияние оказывает содержание в составе композиции поливинил-пироллидона и микросфер.

Поскольку тампонажные композиции создавались при повышенных водоцементных отношениях, их растекаемость удовлетворяет требованиям ГОСТ 1581-96 к тампонажным цементам, составляя 21 см при В/Ц=0,7 и 25 см при В/Ц=0,9.

В ходе исследований стабильности тампонажных композиций на основе микроцемента с добавлением поливинилпироллидона было установлено, что на интервале В/Ц=0,6-И,0 раствор обладает показателем стабильности, удовлетворяющим требованиям ГОСТ 1581-96.

Для определения времени прокачивания разработанных смесей были проведены исследования их консистенции (рис.3). Введение в состав смеси АСПМ практически не влияет на сроки набора консистенции раствором.

Стабилизатор «Полидон» увеличивает время набора раствором консистенции 30 у.е.к. в среднем на 15-20%. Консистенция растворов со стабилизатором и без него на ранних сроках практически идентична, и только на последнем этапе структурообразования проявляется влияние поливинилпироллидона. При увеличении водоцементного соотношения время набора растворами консистенции увеличивается со 100-110 мин. для В/Ц=0,6 до 160-170 мин. для В/Ц=0,9.

о 50 100 мин 150 200 250

В/Ц=0,6 ' В/Ц=0,6+1% Полидон

—И—В/Ц=0,9 —ж— В/Ц=0,Э+1% Полидон

Рис.3 Зависимость консистенции тампонажных растворов от времени

Одним из основных параметров, определяющих границы применения облегченных тампонажных составов для качественного крепления скважин является прочность при изгибе и сжатии. Исследования прочности цементного камня проводились при нормальных условиях.

В табл. 4 представлены прочностные характеристики при изгибе цементного камня в возрасте 3 сут. Табл. 5 содержит данные о прочности цементного камня при сжатии в возрасте 3 суток.

Таблица 4

Прочность при изгибе тампонажного камня на основе микроцемента _с добавлением АСПМ, МПа__

Содержание микросфер Водоцементное отношение

0,6 0,7 0,8 0,9

10% 2,50 2,01 1,50 1,20

20% 2,15 1,80 1,44 1,35

30% 2,04 1,60 1,30 1,22

Таблица 5

Прочность при сжатии тампонажного камня на основе _микроцемента с добавлением АСПМ, МПа_

Содержание микросфер Водоцементное отношение

0,6 0,7 0,8 0,9

10% 12,90 9,15 5,04 4,11

20% 8,68 6,20 4,05 2,86

30% 7,01 5,05 3,77 2,34

Как можно заметить, увеличение содержания микросфер в тампонажном растворе негативно влияет на прочность получаемого цементного камня. Однако его прочность остается достаточной для качественного крепления обсадной колонны.

Были исследованы и адгезионные свойства тампонажного камня к металлу. Результаты исследований адгезии на 3 сут твердения представлены в табл. 6.

Таблица 6

Адгезия к металлу тампонажного камня на основе микроцемента с

добавлением АСПМ, МПа

Содержание микросфер Водоцементное отношение

0,6 0,7 0,8 0,9

10% 8,49 6,86 5,45 3,74

20% 6,13 4,48 3,63 1,82

30% 4,74 2,96 1,85 1,12

Характерной особенностью разработанных составов является их адгезия к металлу, даже при высоких содержаниях облегчающей добавки и жидкости затворения.

Таким образом, разработанные облегченные тампонажные смеси и образующийся из них цементный камень обладают характеристиками, необходимыми для качественного крепления обсадных колонн в условиях аномально низких пластовых давлений.

В пятой главе представлен способ приготовления разработанных тампонажных составов, а также обосновываются технологические схемы цементирования. Для повышения качества крепления обсадных колонн в условиях аномально низких

пластовых давлений с использованием полученных тампонажных композиций рекомендуются к применению методы обратного и ступенчатого цементирования. Опытно-производственная оценка предложенных технико-технологических решений была проведена на скважине № 235 Юрубчено-Тохомского месторождения при цементировании технической колонны. Результаты опытно-производственных испытаний свидетельствуют об эффективности предложенной облегченной тампонажной смеси для крепления скважин в условиях аномально низких пластовых давлений.

Основные выводы отражают обобщённые результаты исследований, выполненных в соответствии с поставленными задачами, решение которых обеспечило достижение автором цели диссертационной работы.

Основные выводы и рекомендации:

Диссертация Сторчака A.B. является законченной научно-квалификационной работой, удовлетворяющей требованиям п. 7 Положения ВАК Минобрнауки РФ к кандидатским диссертациям по техническим наукам и в которой решена актуальная задача повышения эффективности крепления обсадных колонн в условиях аномально низких пластовых давлений, что имеет важно народнохозяйственное значение для нефтегазовой отрасли.

При выполнении работы получены следующие выводы:

1. Существующие облегченные тампонажные композиции для цементирования скважин в условиях аномально низких палстовых давлений не всегда обеспечивают качественную изоляцию затрубного пространства.

2. Процессы гидратации цементных зерен и структурообразования цементов повышенной дисперсности происходят в 2-3 раза быстрее по сравнению со стандартным портландцементом.

3. Увеличение степени дисперсности цементного клинкера повышает прочность (при изгибе - до 40%, при сжатии - до 250%) и снижает пористость и проницаемость цементного камня.

4. На основе микроцемента дисперсностью 650 м2/кг при значениях В/Ц=0,6-0,9 возможно создание тампонажных

композиций, образующих цементный камень с высокой прочностью и пониженной проницаемостью.

5. Введение в состав раствора алюмосиликатных микросфер (АСПМ) в количестве до 30%, при значениях водоцементного отношения (В/Ц) в интервалах 0,6-Ю,8, обеспечивает получение тампонажных композиций плотностью до 1300 кг/м3.

6. Качественное крепление обсадных колонн в условиях аномально низких пластовых давлений с предотвращением загрязнения продуктивного пласта твердой фазой и фильтратом цементного раствора достигается применением разработанных облегченных тампонажных систем, закачиваемых в скважину методами ступенчатого и обратного цементирования.

7. Опытно-производственные испытания свидетельствуют об эффективности разработанных облегченных тампонажных композиций для цементирования скважин в условиях аномально низких пластовых давлений.

8. Рекомендуется продолжить исследования в указанном направлении с целью создания более эффективных цементных составов для цементитрования нефтяных и газовых скважин в условиях аномально низких пластовых давлений.

Содержание диссертации отражено в следующих основных печатных работах:

1. Николаев Я Я, СторчакА.В. Перспективы использования тампонажных составов пониженной плотности на основе высокодисперсных минеральных вяжущих веществ // Проблемы научно-технического прогресса в бурении скважин: сб. докладов Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 55-летию кафедры «Бурение скважин». Томск: Томский политехнический университет, 2009. - С.158-160.

2. Николаев Н.И., Мелехин A.A., Сторчак A.B. Предварительные результаты исследований по созданию расширяющихся тампонажных составов для цементирования обсадных колонн в условиях поглощения цементного раствора // Инженер-нефтяник. Научно-технический журнал, 2010. - №4. -С.38-40.

3. Николаев H.H., Усманов P.A., Мелехин А.А, Сторчак A.B. Повышение качества крепления обсадных колонн при строительстве нефтяных и газовых скважин // Труды VII Международной научно-практической конференции «Ашировские чтения», Т.Н. - Самара: Самарский государственный технический университет, 2010. —

4. Мелехин A.A., Сторчак A.B. Повышение эффективности цементирования обсадных колонн при бурении нефтяных и газовых скважин в условиях аномально низких пластовых давлений // Материалы XI международной молодёжной конференции «Севергеоэкотех-2010». 4.4 - Ухта: УГТУ, 2010. - С. 75-79.

5. Николаев Н.И., Мелехин A.A., Сторчак A.B., Усманов P.A. Повышение качества межпластовой изоляции затрубного пространства в интервалах вторичного вскрытия продуктивных пластов // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - М.: ОАО ВНИИОЭНГ, 2011. - №2. - С. 17-20.

6. Сторчак A.B., Мелехин A.A. Разработка составов тампонажных смесей на основе микроцементов // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - М.: ОАО ВНИИОЭНГ, 2011. - №8. - С. 51-54.

7. Сторчак A.B. Тампонажные смеси для крепления скважин в условиях аномально низких пластовых давлений // Научные исследования и инновации, - Пермь: ПГТУ, 2011, Т. 5, №1, - С.40-44.

8. Николаев Н. И, Сторчак А. В. Результаты исследований по созданию облегченных тампонажных составов на основе тонкодисперсных минеральных вяжущих веществ // Сб. научн. тр. Донецкого национального технического университета, серия «Горное дело и геология». Вып. 14 (181). -Донецк: ДНВЗ «ДонНТУ», 2011. -С. 222-225.

С.55-57.

РИЦ СПГГУ. 20.02.2012. 3.115 Т. 100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Сторчак, Андрей Викторович, Санкт-Петербург

61 12-5/3379

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Сторчак Андрей Викторович

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТАМПОНАЖНЫХ СОСТАВОВ ПОНИЖЕННОЙ ПЛОТНОСТИ ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН В УСЛОВИЯХ АНОМАЛЬНО НИЗКИХ ПЛАСТОВЫХ ДАВЛЕНИЙ

Специальность 25.00.15 - Технология бурения и освоения скважин

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Н.И. Николаев

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2011

Оглавление

Введение........................................................................................................................4

Глава I. Современное состояние технологии крепления скважин в условиях

аномально низких пластовых давлений.....................................................................7

Облегченные цементы, выпускаемые промышленностью...............................7

Смеси цемент — глина.......................................................................................14

Тампонажные смеси с облегчающими добавками на основе промышленных

отходов.................................................................................................................16

Кремнеземистые (пуццолановые) добавки......................................................19

Степень дисперсности цементного порошка...................................................21

Добавки органического происхождения..........................................................24

Аэрированные тампонажные смеси..................................................................28

Облегченные тампонажные смеси с микросферами.......................................30

Постановка цели и задач исследования............................................................33

Глава II. Методика исследований.............................................................................35

2.1 Методика определения физико-механических свойств тампонажных суспензий и цементного камня.........................................................................35

2.2 Методика теоретических исследований.....................................................41

2.3. Планирование экспериментов и анализ результатов экспериментальных

исследований.......................................................................................................41

Выводы по главе II..............................................................................................47

Глава III. Теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение эффективности использования микроцементов в качестве базового материала тампонажных смесей.................................................................................................48

3.1. Постановка задач исследований.................................................................48

3.2. Теоретические исследования процессов гидратации и твердения минеральных вяжущих веществ повышенной дисперсности........................48

3.3. Экспериментальные исследования влияния степени дисперсности

цемента на его физико-механические свойства...............................................57

Основные выводы по главе III...........................................................................73

Глава IV. Разработка облегченных тампонажных составов на основе микроцемента и анализ полученных результатов..................................................74

4.1. Исследования свойств облегченных тампонажных растворов...............76

4.2. Исследования свойств цементного камня.................................................84

Основные выводы по главе IV...........................................................................98

Глава V. Разработка технологии приготовления облегченных тампонажных растворов и обоснование технологических приемов их применения..................99

5.1. Разработка технологии приготовления разработанных тампонажных смесей...................................................................................................................99

5.2. Выбор и обоснование способа цементирования.......................................99

Выводы по главе V............................................................................................107

Основные выводы и рекомендации................................................................108

Список использованной литературы......................................................................110

ПРИЛОЖЕНИЯ........................................................................................................119

Приложение 1....................................................................................................119

Введение

Актуальность

Проблема качественного разобщения пластов является одной из основных и актуальных проблем в области строительства скважин. Особенно остро это проблема стоит для месторождений Западной и Восточной Сибири, уникальных по своим запасам и геологическому строению, осложненных наличием многолетнемерзлых пород, пластов с низкими давлениями. Основными проблемами при креплении скважин в таких условиях являются поглощение тампонажных растворов, загрязнение фильтратом и твердой фазой цементного раствора и как следствие, значительное ухудшение коллекторских свойств призабойной зоны пласта, недоподъем цементного раствора до проектной высоты, некачественное разобщение пластов и появление вследствие этого межпластовых перетоков.

На месторождениях Кузнецовское (Кыновский горизонт, КА=0,81), Боркомосское (Бобриковский горизонт, КА=0,81), Копальнинское (Артинский горизонт, Ка=0,80), Верхнесалымское (Пласты БСп.^, КА=0,74), Харампурское (Пласт Юь Ка=0,73), Среднеботуобинское (Ботуобинский ярус, КА=0,78), Тас-Юряхское (Восточный блок, КА=0,75), Иреляхское (Улаханский ярус, КА=0,79), Юрубчено-Тохомском (Усольская, Ангарская свиты, КА=0,91) и других в подавляющем числе скважин отмечается низкое качество цементирования низа эксплуатационных колонн, что создает условия для межпластовых перетоков флюидов. Недоподъем тампонажного раствора до устья в скважинах составляет 500...700 м, что эквивалентно поглощению 15...20 м тампонажного раствора в продуктивные пласты. Это вызывает снижение притока нефти при освоении скважин. Для указанных пластов характерны низкие давления гидроразрыва, составляющие 0,016...0,018 МПа/м.

Распространение зон аномально низкого пластового давления (АНПД) со значениями коэффициента аномальности 0,4-0,9 также характерно для

скважин, бурящихся при строительстве подземных хранилищ газа на выработанных истощенных месторождениях. Цементирование скважин традиционными тампонажными растворами вызывает уход раствора в поглощающие горизонты и его недоподьем до устья.

При цементировании скважин во избежание поглощения, предупреждения гидроразрыва пород в процессе цементирования и с целью снижения давления на продуктивные пласты целесообразно применение тампонажных растворов с пониженной плотностью и соответствующих режимов продавливания.

В этой связи, исследование и разработка новых облегченных тампонажных композиций с улучшенными технологическими свойствами, методов их приготовления, регулирования свойств и применения, свидетельствуют об актуальности темы диссертационной работы.

Целью работы является повышение эффективности межпластовой изоляции затрубного пространства обсадных колонн в условиях низких пластовых давлений.

Идея работы заключается в использовании высокодисперсных вяжущих веществ в качестве базовых материалов для приготовления эффективных составов тампонажных смесей пониженной плотности с минеральными облегчающими добавками.

Научная новизна заключается в теоретическом обосновании и экспериментальном подтверждении возможности использования портландцемента повышенной дисперсности в качестве базового вяжущего вещества в тампонажных составах с повышенным водоцементным отношением.

Защищаемые положения

1. Применение в качестве базового вяжущего материала высокодисперсного цемента с удельной поверхностью 600-650 м2/кг может обеспечить основные физико-механические свойства раствора и цементного

камня при создании облегченных композиций тампонажных растворов с повышенным водоцементным отношением.

2. Введение в состав тампонажной смеси на основе микроцементов алюмосиликатных микросфер в количестве 10-20% позволяет получить при В/Ц от 0,7 до 0,9 облегченные тампонажные системы с плотностью 13000-1350 кг/мЗ.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций

определяется современным уровнем аналитических и достаточным объемом экспериментальных исследований и воспроизводимостью полученных данных, а также удовлетворительной сходимостью экспериментальных и прогнозных данных.

Апробация работы.

Публикации. По теме диссертации опубликовано восемь печатных работ, в том числе три статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Глава I. Современное состояние технологии крепления скважин в условиях аномально низких пластовых давлений

Стандартный тампонажный цемент не может удовлетворять многообразным требованиям крепления скважин, особенно глубоких. Так, для цементирования на площадях с аномально низкими или аномально высокими пластовыми давлениями необходимы облегченные, иногда даже супероблегченные или утяжеленные цементы, обеспечивающие получение тампонажного раствора плотностью от 1,10 до 2,50 г/см .

Облегченные и утяжеленные цементы выпускаются промышленностью, но в ограниченном количестве. Поэтому для цементирования скважин, особенно в условиях аномальных пластовых давлений, наиболее целесообразно использовать не стандартные цементы, а тампонажные смеси, включающие добавки, оптимизирующие состав для данных конкретных условий. Таковыми могут быть облегченные или утяжеленные тампонажные смеси, приготовленные в условиях буровой или на заводе.

Облегченные цементы, выпускаемые промышленностью

Облегченные цементы, плотность тампонажного раствора из которых составляет 1650-1350 кг/м3, применяются при цементировании верхних секций обсадных колонн, большой высоте подъема тампонажного раствора, аномально низких пластовых давлениях (АНПД) и ликвидации некоторых видов поглощений. Облегченные цементы по ГОСТ 1581-96 с условным обозначением ПЦТШ- 065-50 и ПЦТ Ш-065-100 (табл. 1.1) получают путем совместного помола портландцементного клинкера (45-75%) и облегчающих добавок различного происхождения или путем тщательного смешивания тех же компонентов, но раздельно измельченных. Во втором случае смесь недостаточно гомогенизирована (неоднородна), что может повлиять на свойства тампонажного раствора и камня. Кроме этого, облегченный цемент

получают на месте потребления путем добавки к портландцементу глинопорошка (лучше бентонитового), мела до 33%, асбеста, керогена и т.д. Технические требования, сравнительная характеристика некоторых облегченных цементов и свойства растворов из них показаны в табл. 1.1; 1,2; 1,3. [10,11,18,33,75].

Таблица 1.1

Технические требования к облегченным цементам_

Параметры для цементов

Показатели ПЦТШ-065-100 ГОСТ 1581-96 ошц ТУ 39-01-08296-86 ОЦГ ГОСТ 22237-85 ТУ 39-01-08469-93

Тонкость помола:

остаток на сите №008 по 12 15 —

ГОСТ 6613 %, не более

Удельная поверхность, м5/кг, не менее — — 1000±300

Температура применения, °С 25-110 120-250 25-100

Плотность

гампонажного раствора, 1450 ±50 1500 ±50 1450 ±50

о кг/м , не более

Растекаемость

цементного теста, см, не 20 18 18-22

менее

Сроки схватывания:

Начало, ч., не ранее — 2 —

Конец, ч., не позднее — 8 —

Время загустевания

цементного теста, мин., 90 — 90

не менее

Предел прочности при

изгибе через 2 сут., при 1 1,7 1,5 (1 сут.) 1,1

=75 °С, МПа, не менее

Продолжение табл. 1.1.

доменный ПЦТ 11-100 или ПЦ400 по

клинкер-45-55 шлак-60 ГОСТ 10178-85 до 40,

Состав цемента, % опока-27-30 глинопорошок доменный шлак по ГОСТ

зола ТЭЦ-15-25 бентонитовый- 3476-74 до 20, трепел по ОСТ

40 21-9-81 до 55

При отсутствии облегченных цементов заводского производства используется обычный портландцемент по ГОСТ 1581-96, плотность растворов из которого снижается несколькими способами: использование облегчающих добавок, вяжущих с пониженной плотностью, аэрированных тампонажных растворов, повышением водоцементного отношения.

Таблица 1.2

Сравнительная характеристика цементов ПЦТII-100 и ПЦТ Ш-065-100

Состав тампонажного раствора Жидкость затворени я В/С Р, см о р, кг/м Т, °С Сроки схватывания стизг через двое суток, МПа

начало, час-мин. конец, час-мин.

ПЦТ II-100 раствор ИаС1 р=Т090, кг/м3 0,5 24,5 1870 40 3-35 4-10 4,6

ПЦТ II-100 то же 0,5 21 1890 60 3-15 3-45 5,88

ПЦТ III-065-100 0,6 17,5 1615 40 3-55 5-45 2,19

ПЦТ III-065-100 0,65 18,5 1605 60 2-25 3-15 3,88

ПЦТ II- 100 раствор №С1 р=1170, о кг/м 0,5 23,5 1920 40 5-30 6-05 4,33

ПЦТ II-100 то же 0,5 23,5 1950 50 4-00 4-45 4,41

ПЦТ II-100 -»»- 0,5 21,5 1920 60 3-05 3-15 4,39

Продолжение табл. 1.2.

ПЦТIII-065-100 0,6 18,5 1655 40 4-20 >7-35 1,46

ПЦТП III-065-100 0,65 20 1650 60 2-30 3-55 3,26

Для снижения плотности тампонажного раствора с 1830 до 1650 кг/м используются все отмеченные способы, кроме аэрации; с 1650 до 1350 кг/м облегчающие добавки с р=2000±200 кг/м3 и менее, повышение В/Ц, а на глубинах до 1500 м также и аэрирование тампонажных растворов; ниже 1350 кг/м3 — повышение В/Ц, аэрация, полые полимерные микросферы (ППМС) до глубины 1500 м (стеклянные и кварцевые микросферы могут применяться до глубины 4000 м и более). [92,95]

Таблица 1.3

Свойства некоторых облегченных тампонажных растворов

Состав тампонажной смеси Добавка, масс, ч В/Т р, кг/м3 Р, см Температура твердения Сроки схватывания агог через двое суток, МПа

начало, час-мин. конец, час-мин.

Портландцемент глинопорошок бентонитовый То же 75 25 75 25 0,85 0,75 1560 1580 26 22 22 50 8-50 3-00 12-25 4-00 0,57 1,22

Портландцемент 75

глинопорошок

каолинит-гид-

рослюдистый 25 0,85 1560 27 22 8-05 12-00 0,53

То же 75

25 0,75 1580 26 50 3-30 4-15 1,08

и

Продолжение табл. 1.3.

Портландцемент 100

глинистый рас-

твор с р—1100,

кг/м3 — 1,0 1570 19 22 6-50 9-10 0,6

То же 100 1,0 1570 19 50 2-30 3-30 1,6

Портландцемент 70

Мел 30 0,6 1660 22 22 10-50 13-30 2,0

То же 70

30 0,6 1600 22 75 0-50 2-00 4,2

67

33 0,7 1630 24 22 8-25 10-25 1,6

67

33 0,7 1630 24 75 1-30 2-30 2,5

Портландцемент 70

зола ТЭЦ 30 0,6 1640 23 22 7-45 10-45 0,94

То же 70

30 0,6 1640 23 75 1-45 2-40 3,9

Портландцемент, 100

Асбест 3 0,9 1610 22 22 6-55 8-55 2,3

То же 100

3 0,6 1760 20 75 2-15 2-35 3,8

Основное назначение большинства облегчающих добавок при водосмесевом отношении (В/С), равном 0,6-1,0 и более заключается в поддержании седиментационной устойчивости тампонажной смеси и в меньшей степени в снижении плотности. Для того, чтобы облегчающие добавки достаточно эффективно снижали плотность тампонажного раствора без повышения В/С, необходимо, чтобы они удовлетворяли некоторым требованиям:

о

— плотность менее 1800 кг/м ;

— удельная поверхность более 1500 м /кг;

— водопотребность более 3 м /т;

— быть негигроскопичными;

— иметь влажность не более влажности вяжущего;

— не загрязнять недра и окружающую среду;

— не ухудшать свои физико-механические и технологические свойства при воздействии температуры и давления.

Общее требование для всех облегчающих добавок при невысоких температурах предусматривает сохранение максимальной концентрации вяжущего вещества, а при повышенных температурах они должны полностью химически связываться с вяжущим веществом. Механизм влияния таких добавок на стабильность системы состоит в том, что они обладают большей водопотребностью по сравнению с цементом и более развитой удельной поверхностью. В табл. 1.4 приведена краткая информация об облегчающих добавках.

Таблица 1.4

Основные характеристики облегчающих добавок

Наименование добавки Плотность, кг/м3 Удельная поверхность, м2/кг Водопотребность, "2 м /кг

Глинопорошки:

бентонитовый 2510-2630 470 1.3-3.0

каолинит-

гидрослюдистый 2510-2700 350 0.9-2.7

палыгорскитовый

Диатомит 2510-2630 1.2-2.7

Трепел 2050-2300 1600-3200 1.4-3.8

Опока 2200-2400 1600-2000 1.3-2.5

Пемза 2200-2600 800-1800 0.8-1.5

Мел 2300-2600 — 0.9-1.2

Асбест микроволокнистый 2400-2700 600-1000 0.6-1.0

Гильсонит 1070 260 н.св

Продолжение табл. 1.4.

Кероген 1250 — 3.4

Фильтроперлит 1250-1350 250-350 н.св

Вспученный перлитовый песок 2100-2300 2500 6.0-7.0

Вспученный вер-микулитовый песок 2100-2300 800 5.5-10.0

Зола ТЭЦ 2000-2200 н.св 5.0-10.0

Шлифовальная пыль асборезинотехнических изделий 1950-2200 250-450 0.4-0.7

Резиновая крошка 1900-2100 420-480 2.3-2.5

Микросферы 160-420 —• 8.0-9.5

Известь 1200-1400 240 0.8-1.2

Алюминиевый порошок 2200-2300 900-1500 н.св

Мука древесная 900 1800 н.св

Повышение седиментационной устойчивости в облегченных тампонажных растворах можно достигнуть путем повышения вязкости жидкости затворения (добавка защитных коллоидов-полимеров), но при этом сильно замедляются сроки схватывания и дополнительно снижается прочность цементного камня. Существуют и другие способы повышения седиментационной устойчивости, например, получениетонкодисперсной конденсированной твердой фазы при взаимодействии водорастворимых хлоридов поливалентных металлов в жидкости затворения с гидроксидом кальция гидратируемого цемента, но они не получили практического распространения. [40,75]

Смеси цемент — глина

Глина является одной из самых распространенных облегчающих добавок. Эти свойства в значительной степени определяются такими физическими параметрами глин, как дисперсность (удельная поверхность), набухаемость, водопоглощение, а также химическим и минералогическим составом. Для глин различных месторождений химический состав сильно различается. Так, содержание §Ю2 колеблется от 45 до 70%, СаО от 0,4 до 6%, MgO от 0,01 до 6%, Ш20 и К20 от 0,1 - 0,2 до 2,5 - 3,3%, т. е. от 1,5 - 2 до 10 -15 раз. Объем щелочных глин при набухании увеличивается в 15-20 раз, а объем щелочно-земельных незначительно, различается также и дисперсность глин.

Анализ данных показывает, что снижение плотности раствора до 1,57 -1,45 г/см3 достигается при водосмесевом отношении 0,8 - 1,1. При этом прочность падает от 21 - 22 до 11 - 12 кгс/см при соотношении цемент - г�