Fiber-Reinforced lightweight cement
Authors: Бекбаев А.А. , Агзамов Ф.А. , Комлева С.Ф. 
Published: July 2024

Несмотря на широкое применение при строительстве скважин облегченные тампонажные материалы не могут обеспечить необходимое качество крепи скважин. Во многом это связано, с тем, что наиболее распространенным способом облегчения цементных растворов является повышение начального водосодержания растворов (водоцементного отношения), приводящее к ухудшению основных свойств раствора и получаемого цементного камня. Применение расширяющихся цементов, содержащих добавки, увеличивающиеся в объеме при взаимодействии с водой и деформирующие цементную матрицу, повышает сцепление цементного камня с ограничивающими поверхностями, но в облегченных тампонажных растворах эффективность работы расширяющейся добавки существенно снижается. Ввод армирующих добавок в облегченный тампонажный раствор, повышает эффективность расширяющих добавок, повышает удароустойчивость получаемого камня и улучшает герметичность затрубного пространства. Исследований проводился на современных приборах, соответствующих стандартам API (American Petroleum Institute), ISO 10426 и ГОСТ 1581-96. В качестве облегчающих добавок применялись стеклянные микросферы (СМС), диаметром 30 мкм, алюмосиликатные полые микросферы (АСПМ) диаметром 50-300 мкм, пеностекло (ПС) с размером частиц 200-500 мкм. В качестве расширяющей добавки (РД) использована добавка ДР-50, работающая на основе оксидного расширения. Увеличение В/Ц всегда снижает коэффициент линейного расширения (КЛР). Фибра любого типа оказывает усиливающие влияние на расширение цементных растворов, наилучшие результаты получены при добавлении полипропиленового волокна. Применение пеностекла показало лучшие значения КЛР по сравнению с другими облегчающими добавками. Наилучшие результаты при оценке удароустойчивости получены с добавкой базальтовой фибры. Использование различных армирующих добавок к тампонажному раствору оказывает влияние на устойчивость цементного камня к динамическим нагрузкам. При этом добавка в количестве до 0,5 % любого типа волокна не оказывает отрицательного влияния на подвижность цементных растворов.
Despite the wide application in the well construction, lightweight materials cannot provide the required quality of the well cementing. It happens due to the fact that the most common method of obtaining lightweight cement is to increase the initial water content of solutions (water-cement ratio – W/C), leading to deterioration of the basic properties of the cement slurry and the resulting cement stone. The use of expanding cements containing additives, which are increased in volume when interacting with water, increases the adhesion of the cement stone to the confining surfaces, but in lightweight cement the efficiency of the expanding additive is significantly reduced. The addition of the reinforcing additives into a lightweight cement increases the effectiveness of expanding additives, improves the impact resistance of the resulting stone and improves the sealing of the annular space. The research was carried out on modern instruments, according to the API standards (American Petroleum Institute), ISO 10426 and GOST 1581-96. As lightweight additives were applied: glass microspheres - 30 μm in diameter, alumina-silicate hollow microspheres with a diameter of 50-300 μm, foam glass with a particle size of 200-500 μm. As an expanding additive - DR-50, based on oxide expansion. Increasing the W/C always lowers the coefficient of linear expansion (LEC). Fiber of any type has a reinforcing effect on the expansion of the cement stone, the best results were obtained with the addition of polypropylene fiber. The use of foam glass showed the best values of LEC compared to other lightweight additives. The best results in assessing impact resistance were obtained with the addition of basalt fiber. The use of various reinforcing additives to a cement has an impact on the stability of the cement stone to dynamic loads. Moreover, the addition of any type of fiber in an amount of up to 0.5% does not adversely affect the mobility of cement slurries.