Cement - jest produktem przemiału klinkieru z dodatkiem gipsu. Podstawowymi surowcami z których produkujemy klinkier są: wapień, kreda, margiel i glina. Używa się również szeregu materiałów odpadowych (pyły, szlamy). Cement jest to spoiwo o określonych cechach (skład chemiczny, stała objętość, wolne wiązanie, duża wytrzymałość).

Zastosowanie zaczynów cementowych:

- uszczelnianie przestrzeni między górotworem, a rurami okładzinowymi,

- uszczelnianie wtórne,

- likwidacja ucieczek i zaników płuczki wiertniczej,

- izolacja wybranych części otworu w celu wykonania różnych prac badawczych,

- umocnienie ścian otworu w warstwach mało stabilnych,

- likwidacja otworu.

Dynamika mieszania: czas i intensywność mieszania składników zaczynu. Ma ona duży wpływ na następujące parametry:

- filtracja,

- czas wiązania,

- przepuszczalność kamienia cementowego,

- wytrzymałość mechaniczna kamienia cementowego.

Cel regulowania ciężaru właściwego zaczynu cementowego:

- zbliżenie ciężaru właściwego cementu do ciężaru właściwego płuczki,

- przeciwdziałanie zaniku cementu w skałach o dużej przepuszczalności,

- przeciwdziałanie niebezpieczeństwu erupcji gazu lub ropy,

- obniżenie kosztów cementowania.

Sposoby zwiększenia ciężary właściwego zaczynu cementowego:

- zmniejszenie zawartości wody w zaczynie,

- wymiana wody zarobowej na ciecz o większym ciężarze właściwym,

- wprowadzenie dodatkowego materiału obciążającego.

Materiały obciążające zaczyn cementowy:

- sproszkowane rudy żelaza (hematyt, magnetyt),

- sproszkowany baryt,

- sproszkowane odpady procesów metalurgicznych,

- piasek o dużym ciężarze,

Sposoby obniżenia ciężaru właściwego zaczynu cementowego:

- stosowanie cementów wymagających dużej ilości wody,

- wprowadzenie dodatków o mniejszym ciężarze właściwym od ciężaru właściwego cementu,

- zamiana zaczynu na ciecze lżejsze od wody,

- zastosowanie żywic syntetycznych; mas plastycznych.

Wypełniacze - dodatki do zaczynu cementowego służące do obniżenia jego ciężaru właściwego.

Przykłady:

- Gilsonit

- Mikrosfery - małe kulki, sferyczne glinokrzemiany wypełnione gazem (N2, CO2), mają bardzo mały ciężar właściwy,

- Bentonit - cementy z jego dodatkiem nazywamy żelowymi,

- Perlit - odmiana szkliwa wulkanicznego składająca się z krzemionki i H2O,

- Puzcolany - tuf wulkaniczny,

- Diatomity - ziemia okrzemkowa.

Przyspieszacze: czasu wiązania zaczynu cementowego - stosuje się w celu czasu oczekiwania na twardnienie zaczynu cementowego przy cementowaniu kolumn wstępnych i prowadnikowych, o ile celowe jest rozpoczęcie wiercenia otworu w niedługim czasie po zabiegu cementowania. Typowe przyspieszacze to sole nieorganiczne np.: chlorki metali.

Przyspieszaczem jest na przykład:

CaCl2 - środek najbardziej efektywny, dostępny i tani, po dodaniu wydziela się ciepło, nie wpływa na filtrację i lepkość (dodatek 5g = 2% wagowo w stosunku do masy cementu) średnio dwukrotnie skraca czas wiązania i twardnienia, zwiększa w ciągu doby początkową wytrzymałość kamienia cementowego w stosunku do cementu bez CaCl2. podczas jego stosowania należy zachować środki ostrożności, ponieważ może wywołać uszkodzenia skóry, oczu, błony śluzowej nosa - należy stosować środki ochronne.

Szkło wodne - tworzą je krzemiany alkaliów. Najczęstsze są szkła wodne sodowe lub potasowe. W przeciwieństwie do CaCl2 szkło wodne działa przyspieszająco jedynie w okresie pierwszych kilkudziesięciu godzin.

NaCl - rzadko stosowany, bo jest mało efektywny,

HA-5 - środek używany za granicą,

HCl - kwas solny, działa podobnie jak CaCl2, ale wymaga zwiększenia ilości wody zarobowej. Stosowany do odświeżania cementu.

Przyspieszacze dzielimy na:

- preparaty powodujące prawie natychmiastowe wiązanie, ale zwiększają również skurcz i obniżają wytrzymałość końcową,

- środki działające energicznie, bez wywierania niekorzystnego wpływu na skurcz i wytrzymałość,

- dodatki reagujące nie gwałtownie, których zadaniem jest raczej przyspieszenie twardnienia niż wiązania.

Opóźniacze - środki wykorzystywane do opóźnienia czasu wiązania zaczynu cementowego.

Typowe opóźniacze to substancje organiczne, rzadziej nieorganiczne:

- nieorganiczne: gips, siarczan żelaza, chlorki w bardzo małych ilościach, kwasy: borowy, fosforowy, chromowy, sól kuchenna NaCl, tlenki cynku i ołowiu,

- organiczne: cukry, skrobie, produkty celulozowe, kwasy lub sole zawierający jedną lub więcej grup hydroksylowych np.: kwas cytrynowy, lignosulfonowy, kwas winowy ( 0,5 g - średnio dwukrotnie zwiększa czas wiązania).

OBSŁUGA I POMIARY NA NOWYCH PRZYRZĄDACH:

Czas wiązania - Vicata za sprzętem do niego: pierścień, bolec, igła (trzonek przyrządu powinien opadać swobodnie wraz z zamontowanym bolcem w dolnej jego części). Na podstawie przyrządu ustawiamy pierścień z zaczynem. Dla oznaczenia czasu wiązania igłę należy zetknąć z powierzchnią zaczynu, a następnie swobodnie zanurzyć w różnych miejscach zaczynu po każdych 10 min. Za początek wiązania należy przyjąć czas, w którym igła zanurzona w zaczynie zatrzyma się w odległości 2-4 mm od powierzchni płytki. Za koniec wiązania należy przyjąć czas, w którym igła zanurzy się w zaczynie na głębokość nie więcej niż 1mm.

Wytrzymałość na ściskanie - prasa hydrauliczna - odczyt siły jest w [daN] i zamieniamy to na [MN]. X = P/S [MPa]; gdzie: S - ściskana powierzchnia badanej belki = 0,032 [m2] wg. normy S = 0,00025, P - siła nacisku powodująca zniszczenie beleczki [MN]. Przygotowane beleczki należy umieścić między płytkami ściskającymi wkładki, przy czym płaszczyzna beleczki, która powstała z wyrównania górnej powierzchni powinna być ustawiona pionowo. Włączamy napęd prasy i nastawiamy przyrost siły nacisku na badaną beleczkę odpowiadającą przyrostowi obciążenia 2 [MPa]. Po zniszczeniu beleczki odczytujemy siłę nacisku, która spowodowała zniszczenie.

Wytrzymałość na zginanie - przyrząd Michaelisa

Gdzie:

K - stała =1/50;

b, h, l - wymiary belki;

P - siła obciążona jako obciążenie [kg] odczytane na wadze pomiarowej z dokładnością do 10[g]* przyspieszenie ziemskie = 9,80665 [m/s2]

lub

gdzie: a - masa naczynia ze śrutem [kg]

1,17 - współczynnik przeliczeniowy.

Działanie polega na obciążeniu badanej beleczki siłą zginającą, powstałą przez zsypywanie ze zbiornika do naczynia zawieszonego na ramieniu dźwigni śrutu o średnicy 3 mm. Układamy belkę między wałkami, ustawiamy dźwignię przyrządu na oznaczonym punkcie (kreska), wałek obciążający ma się stykać z belką w połowie jej długości, zawieszamy naczynie i otwieramy wysyp śrutu.

DODATKI

- cement wsypujemy do wody przez 15s a następnie mieszamy 3 minuty,

- CaCl2 przyśpieszacz; kwas winowy opóźniacz

- filtracja - mierzymy czas do syczenia i podajemy V/t = … [ml/s]

- rozlewność się zwiększa wraz ze wzrostem w/c

- filtracja rośnie wraz z w/c, gęstość natomiast maleje

- lepkość plastyczna i pozorna maleje wraz z rosnącym w/c

- mikrosfery obniżają gęstość, obniżają filtrację, rozlewność i przepuszczalność, zwiększają wytrzymałość cementów

- pl = M600 - M300, poz = M600/2, y = M300 - pl [lb/100ft2]

Funkcje płuczek:

-wynoszenie zwiercin z dna otworu wiertniczego oraz jego oczyszczenie

-wywieranie przeciwciśnień na przewiercane skały

-stabilność ściany otworu wiertniczego w skałach słabo zwięzłych

-obniżenie wytrzymałości mechanicznej zwierconych skał wskutek efektu adsorpcji

-chłodzenie świdra przy jego pracy na dnie otworu i smarowanie świdra

-przenoszenie energii na dno otworu wiertniczego

-utrzymywanie w stanie zawieszenia zwiercin i okruchów skalnych w czasie przerw w krążeniu płuczki

-zmniejszanie tarcia kolumny przewodu wiertniczego o ścianę otworu wiertniczego i rur okładzinowych.

Wzrost lepkości płuczki:

-wzrost koncentracji fazy stałej w płuczce

-dodatek soli

-spadek temperatury

-naturalna żywica

Obniżenie lepkości:

-za pomocą wody

-taniny roślinne i polifosforany sodowe

-gdy temperatura rośnie to objętość i grubość osadu rośnie, a lepkość spada

Lepkość -tarcie wewnętrzne pomiędzy warstwami cieczy lub gazu poruszającymi się względem siebie z różnymi co do wielkości prędkości: n=τ/γ [Pa] n-współczynnik lepkości dynamicznej, T-naprężenie styczne, y-prędkość ścinająca.

Lepkośc plastyczna n_p [cPa/mPas](strukturalna)- jest częścią oporów ścinania wynikającą z mechanicznego tarcia między cząsteczkami cieczy i fazy rozproszonej. Zależy od: ilości, kształtu i wymiaru cząsteczek.

Lepkość pozorna- podzielenie momentu obrotowego przez 2 przy M600 (obr./min)

Granica płynięcia- T_y [1lb/100ft]- granica naprężenia stycznego powyżej którego ciecz płynie. Wylicza się przez odjęcie od wartości lepkości plastycznej płuczki od wartości mom. obrot. przy 300. T_y=M300-np.

Wytrzymałość strukturalna [Pa]- minimalna siła przypadająca na jednostkę powierzchni, która jest potrzebna do zniszczenia struktury wewnętrznej płuczki w danym czasie. Pomiar za pomocą Schirometru.

Filtracja- zdolność płuczki do odfiltrowania fazy płynnej w porowate zaistnienie różnicy ciśnień pomiędzy hydrostatycznym słupa płuczki, a złożowym.

Koloidy ochronne- stosuje się w celu zmniejszenia wysokiej filtracji płuczki zasolonej. Ich działanie polega na zwiększaniu odporności. np.

-skrobia rotosol

-pochodne celulozy

-preparaty chemiczne wiążące trwale elektrolity powodujące koagulację

-dod. chemiczne - wzrost dyspersji iłu w płuczce

-lignosulfoniany

Lepkościomierz obrotowy- służą do określenia zależności pomiędzy szybkością ścinania cieczy, a występ. naprężeniem stycznym. Pomiar polega na poddaniu próbki naprężeniu stycznemu o odpowiedniej wielkości ścinania. Do stabilnego pojemnika należy nalać płuczkę i dobrze wymieszać. Później obniżyć głowice lepkościomierza, tak aby obracający się cylinder zewnętrzny zanurzył się w płuczce i dokładnie po zaznaczoną kreskę. Przy mechanizmie włączającym nastawionym na M600 odczekać na ustalenie się najwyższej wartości. Zmienić na M300 i odczytać największą wartość. W kraju używa się przyrządu Fann V-G. i V-G34A.

Lepkość oznacza się też za pomocą lejka polowego.

Prasa filtracyjna - naczynie służące do pomiarze objętości otrzymanego filtratu. Na dnie naczynia znajduje się sitko o liczbie od 600-1000 oczek na cm². Na sicie umieszcza się bibułę do sączenia. Prasa spoczywa na podstawie specjalnej ramy z śrubą dociskową. Przesącz jest odprowadzany z prasy rurką odpływową do cylindra pomiarowego.

Wytrzymałość strukturalna- mierzy się za pomocą lepkościomierza obrotowego. Mieszamy 15s na max. obrotach. Max. wartość odczytu jest początkową wytrzymałościa strukturalną wyrażoną w funtach na 100 stóp kw. Ponownie mieszamy płuczkę, odczekać 10 min. i powtórzyć jak poprzednio. Zanotować max. wychylenie po 10 min. W celu otrzymania jednostek metrycznych Nm² należy pomnożyć przez 0.4788.

Filtracja- przyczyny wzrostu lepkości:

-wzrost koncentracji fazy stałej

-koagulacyjne tworzenie się struktury

---