0 министерство высшего и среднего специального образования республики узбекистан

Показатели седиментации тампонажных растворов(ε). 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рис.3.5. 
0,01 
ПЦТ, 100% 
Барит, 50 % 
Шлак АШ, 50 % 
СУР,50 % 
0
,1
7
0
,22
0,
08

---

53 
Эти качества способствуют усилению взаимодействия между 
частицами компонентов с изменением структуры раствора, твердые 
частицы в суспензии остаются во взвешенном состоянии. Учет и 
использование этих факторов при проектировании составов 
тампонажных растворов имеют большое значение для качественного 
цементирования скважин [45,3]. 
Н.К. Байбаков [6], В.А. Желваков [23] и др. на основании 
изучения большого количества случаев прорыва посторонних вод в 
скважинах пришли к выводу, что одна из причин этого - отсутствие 
плотного и прочного контакта между цементным кольцом и стенками 
обсадной колонны, а также скважины. 
При небольшом расстоянии между водоносным и нефтеносным 
пластами сразу же после прострела колонны происходит прорыв 
пластовой воды в скважину. 
3.5. Силы сопротивления сдвигу на контакте
тампонажного камня с металлом 
У.Д. Мамаджанов [35] и др., изучавшие контакт цементного 
камня с обсадными трубами, основной причиной затрубного 
проявления газа считают слабый контакт цементного камня с 
металлом и в качестве меры, повышающей его надежность контакта, 
предлагают создание шероховатости на поверхности стенок труб. 
М.О. Ашрафьян и Д.Ф. Новохатский [4, 5] установили, что 
силы сопротивления цементных мостов сдвигу определяются только 
силами трения. 
Существует 
мнение, 
что 
сцепление 
металла 
с 
портландцементом обусловлено образованием в контактном слое 
окислов железа и поглощением их гидратом окиси кальция с 
созданием инерметаллической структуры слоя типа полукальциевого 
феррита. Поэтому для повышения прочности контакта цементного 
камня применяют расширяющиеся цементы.
А.И. Булатов [9, 10] для изучения прочности контакта цемент - 
порода и цемент – металл сконструировал установку, позволяющую 
проводить опыты при высокой температуре и давлении. Опыты 
показали, что с повышением температуры межмолекулярные силы 
при контакте цемент – металл заметно снижаются. Добавка 
кварцевого песка к цементному раствору, твердеющему при 100°С, 
повышает сцепления его с металлом. 

---

54 
Автор [9, 10] справедливо считает, что появление сквозных 
каналов на контактах обсадная колонна-цемент и цемент-горная 
порода намного опаснее, чем газопроницаемость цементного камня. 
В ГрозНИИ [40] проведен ряд экспериментов для изучения 
силы сцепления цементного камня с металлом в зависимости от 
удельной 
поверхности 
шлака 
в 
условиях, 
максимально 
приближающихся к забойным. Установлено, что с изменением 
удельной поверхности шлакопесчаного цемента от 10500 до 225000 
м
2
/кг силы сцепления заметно не усиливаются. Только с увеличением 
удельной поверхности шлакопесчаного цемента до 500000 м
2
/кг 
увеличиваются силы сцепления на контактах цемент-металл и 
цемент-порода. 
Для повышения надежности контакта цементного камня с 
породой 
В.С. 
Данюшевский 
[21] 
предлагает 
применять 
расширяющийся цемент (РТЦ). Он разработал цемент, который 
может расшириться в объеме до 6. Газопроницаемость контакт камня 
из РТЦ с заглиниризованной поверхностью на три порядка ниже, чем 
при использовании обычного тампонажного цемента. 
С.Л. Ланцевицкая [29], изучавшая свойства цементного камня, 
выдвинула ряд требований к тампонажным материалам, одна из 
которых – сцепление цементного камня с металлом и породой. 
Проведенные ею опыты показали, что сцепление цементного камня 
зависит в большой степени от состояния ствола скважины на высоте 
подъема цементного при ее обработке. С выводами С.Л. Ланцевицкой 
можно согласиться частично, так как на поверхности обсадной 
колонны глинистая корка почти отсутствует, есть пленка, породы 
имеют проницаемые участки, в которые проникает цементный 
раствор, образующий «клинья», способствующие формированию 
контакта цементного камня со стенками скважины. 
В 60-х годах прошлого века силы сцепления цементного камня 
со стенкой скважины и обсадной колонной изучал М.А. Абдинов [1]. 
Установка, описанная им, позволяет получить глинистую корку на 
поверхности образца породы при определенном перепаде давления и 
температуры. Образцы породы заливаются цементным раствором и 
помещаются в установку, где находятся в течение необходимого 
времени под давлением и при температуре, после чего образец с 
цементным камнем вынимается и устанавливается под пресс для 
определения «силы сцепления» цементного камня с горной породой. 
Однако полученные результаты характеризуют не силы сцепления, а 

---

55 
сопротивление 
сдвига 
цементного 
камня 
относительно 
контактирующей поверхности породы. 
Исследуя объемное расширение твердеющего цемента, 
исследователи пришли к заключению, что расширение может быть 
результатом контакта цементного камня со стенкой скважины и 
обсадными трубами. Существует мнение, что сцепление металла с 
портландцементом обусловлено образованием в контактном слое 
окислов железа и поглощением их гидратом окиси кальция с 
созданием интерметаллической слоя типа полукальциевого феррита с 
прочной кристаллической решеткой. 
Повышение температуры способствует росту прочности 
сцепления до тех пор, пока оно увеличивает прочность цементного 
камня. При дальнейшем повышении температуры прочность 
сцепления снижается. 
При высокой проницаемости породы цементный раствор 
несколько проникает в поры и трещины породы. После затвердевания 
его в затрубном пространстве образуются как бы клинья, 
способствующие формированию контакта цементного камня со 
стенками скважины. 
Единого мнения относительно природы сил сцепления 
цементного камня с горными породами и металлами пока нет. 
В.Ф. Журавлев и Н.П. Штейер [24] на основании результатов 
рентгенографических исследований пришли к выводу, что 
контактный слой цементного камня с диабазом, гематитом, 
мрамором, сталью, цинком и медью после длительного их 
соприкосновения является не механической смесью двух веществ, а 
содержит новые соединения, образовавшиеся при химическом 
взаимодействии сопряженных материалов. Они полагают, что при 
контакте цементного камня со сталью образуется новое вещество, по 
всей вероятности, полукальциевый феррит. 
Иного взгляда на природу сил адгезии придерживаются
С.С. Венецкий и Б.Д. Штарх. Согласно их точки зрения, на 
поверхности любого твердого тела есть множество мельчайших 
микропор, микротрещин и микровыступов различной формы. 
Молекулы вещества, контактирующие с твердой поверхностью, 
диффундируют по порам и трещинам в поверхностный слой этого 
материала и как бы создают скрепляющую пленку. 
Мы изучили силы сопротивления сдвигу на контакте нового 
утяжеленного тампонажного камня и металла. Методика сводилась к 
следующему: металлический стакан заполняли исследуемым 

---

56 
тампонажным раствором и оставляли на твердение в течение 24 ч. 
Длина и внутренний диаметр металлических стаканов равнялись 
соответственно 0,37 и 0,50 м. 
Исследовали прочность контакта металла - тампонажных 
камней для образцов камня, приготовленных из смесей 
портландцемента с различными утяжелителями (СУР, ЧУР, барит, 
шлак) для проведения одного опыта использовали три металлических 
стакана, которые заливали одним и тем же тампонажным раствором и 
оставляли на 24 ч. После продолжительности ОЗЦ стакан с 
цементным камнем устанавливали на гидравлический пресс и 
выдавливали цементный камень из стакана. По показаниям 
образцового манометра определяли силу сопротивления сдвигу на 
контакте цемент-металл, по данным трех образцов вычисляемы 
среднеарифметическое значение. При больших разбросах результатов 
опыты повторяли. Данные исследований приведены в табл.3.8.