M Ở ĐẦU
2.2. Đặc tính của ximăng trám giếng khoan
Hiện nay, xi măng mác G tiêu chuẩn API là loại xi măng được dùng chủ yếu để trám các giếng khoan sâu dầu khí [26,37]. Các thành phần khoáng chính như trong bảng 2.1.
Bảng2.1. Các thành phần khoáng chính của xi măng
Thành phần Công thức Ký hiệu Hàm lượng, %
Tricalci silicat (Alit) Bicalci silicat (Belit) Tricalci aluminat Tetracalci aluminoferit Thạch cao 3CaO.SiO2 2CaO.SiO2 3CaO.Al2O3 4CaO.Al2O3.Fe2O3 CaSO4.2H2O C3S C2S C3A C4AF CSH2 50% - 70% 15% - 30% 5% - 10% 5% - 15% 4% - 6%
C3S có vận tốc thủy hóa cao nhất, tạo ra độ bền và tăng nhanh độ bền trong thời hạn đóng rắn sớm, cũng như duy trì vữa xi măng ngưng kết chống ăn mòn sulfat. Thành phần C2S đóng rắn chậm sẽ kéo dài đóng rắn của đá xi măng. C3A quyết định sự ngưng kết ban đầu và tăng nhanh độ bền trong thời hạn đóng rắn sớm do hoạt tính thủy hóa cao hơn. Vai trò của C4AF trong quá trình ngưng kết giống như C3A, nhưng ảnh hưởng của C4AF phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ và chất lượng phụ gia.
Sự thuỷ hoá phần silicat của clinke diễn ra cùng với sự tạo ra các sản phẩm khác nhau phụ thuộc vào nhiệt độ, hàm lượng nước trong thể tích phản ứng, sự tham gia của các phụ gia và một số điều kiện khác.
Đá xi măng là loại đá nhân tạo, không ổn định nhiệt động học, liên quan chủ yếu đến hai quá trình diễn ra khi đóng rắn xi măng là sự giải phóng năng lượng và tính hỗn độn của động học tạo cấu trúc. Khi vữa xi măng được lấp đầy xung quanh cột ống chống, vữa sẽ chịu tác động của sự chênh áp suất cao hướng về phía đất đá xung quanh thành giếng, và nước trong vữa thấm lọc vào vỉa trong quá trình thủy hóa. Trong quá trìnhđóng rắn, nước thấm lọc đi vàovào vỉa, các hỗn hợp hydrat tạo cấu trúc và hình thành vànhđá xi măng giữa cột ống chống và đất đáxung quanh thành giếngkhoan.
Trong điều kiện nhiệt độ giếng khoan dưới 1100C, xi măng tiếp tục thủy hóa và đạt độ bền trong thời gian dài (từ vài ngày cho đến vài năm) cho đến khi đạt độ bền tới hạn. Nhưng khi nhiệt độ trên 1100C, xi măng đạt độ bền cực đại trong khoảng vài tuần đầu tiên, sau đó độ bền bắt đầu giảm dần. Đây là hiện tượng suygiảm độ bền (The strength retrogression) [28,34,45]. Trong một số trường hợp sự suy giảm độ bền đến điểm phá hủy và cường độ suy giảm càng tăng khi nhiệt độ tăng lên.
Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian tới độ bền và độ thấm của đá xi măng liên quan mật thiết tới thành phần và đặc tính khoáng vật có trong đá xi măng. Mỗi sản phẩm hidrat hóa chỉ hình thành và tồn tại bền vững cùng các yếu tố nhiệt động học nhất định (ở đây chủ yếu là nhiệt độ). Khi đưa ra khỏi điều kiện tối ưu,tổ hợp khoáng sẽ biến đổi và dẫn tới biến đổi cấu trúc đá.