Цементирование стали и цементация металла в домашних условиях. Цементация цементом


Цементация стали - технологический процесс и его описание. Цементация стали в домашних условиях

Сама по себе цементация стали является процессом, в основе которого лежит химико-термическая обработка. Суть ее состоит в осуществлении диффузионного насыщения поверхности указанного материала достаточным количеством углерода при нагревании в определенной среде.

Цементация стали. Цель данного действия

Основной задачей указанного процесса является проведение обогащения верхнего слоя машинных деталей и элементов необходимым количеством углерода, процентное содержание которого в данном случае может составлять 0,8-1,1%. В результате такой операции после осуществления закалки получают высокий уровень твердости материала, при этом его пластичная сердцевина сохраняется. Это немаловажные свойства данного процесса.

Разновидности

По степени прочности образования сердцевины принято выделять три основные группы обрабатываемого материала:

  • С неупрочняемой сердцевиной. В данную группу входят такие марки цементируемых сталей углеродистых, как 10, 15, 20. Используют их в деталях с небольшими размерами и малоответственными функциями. В данном случае под цементируемым слоем при осуществлении закалки происходит превращение аустенита в феррито-перлитную смесь.
  • С сердцевиной, упрочняемой слабо. В состав этой группы включают хромистые низколегированные стали таких марок, как 15Х, 20Х. Здесь проведение дополнительного легирования с помощью малых добавок ванадия обеспечивает получение более мелкого зерна, что приводит к улучшению пластичности и вязкости материала.
  • С сильно упрочняемой сердцевиной. Стали данной группы применяют при изготовлении деталей, которые обладают большим сечением или сложной конфигурацией, а также испытывают влияние значительных ударных нагрузок или подвергаются воздействию немалых переменных напряжений. В них осуществляют введение никеля (12Х2Н4А, 12ХНЗА, 20ХН). Из-за дефицитности данного материала иногда проводят его замену марганцем, при этом применяют ввод небольшого количества ванадия или титана для дробления зерна.

В основном цементация стали используется для образования высокого процентного соотношения твердости поверхности детали, а также для достижения высокой износоустойчивости, которая создается благодаря применению термической обработки после проведения указанного процесса.

Какие детали подвергаются данной операции

Цементация стали применяется для следующих изделий:

- зубчатых колес;

- "пальцев";

- валов;

- осей;

- рычагов;

- "червяков";

- деталей подшипников (крупногабаритных колец и роликов) и др.

Способы цементации

Если существует несколько видов указанного материала, то для каждого из них будет применяться своя собственная методика данного процесса. Как правило, цементированная сталь может создаваться в различных условиях и средах, а также при обязательной температуре от 850 до 950 градусов по Цельсию. Поэтому разделяют несколько методов этого действия:

1. Процесс цементации, происходящий в твердом карбюризаторе. В этом случае возможно использование органических веществ (костей животных, древесины и т.д.) и неорганических (кокса) в сочетании с различными активаторами. Обогащение углеродом будет происходить при проведении химической реакции его окисления. Применение активаторов в данном случае способствует лучшему и быстрому ее протеканию. Такой метод особенно целесообразен для достижения больших глубин науглероживания. Он является эффективным при штучном изготовлении стальных изделий. Однако данный процесс очень трудоемкий, он влечет за собой большие затраты сил, времени и энергии.

2. Процесс цементации, происходящий под воздействием газов. В данном методе принято использовать обогащенные газы (природный, магистральный и др.) или категорию инертных (азот). Все зависит от индивидуального подхода. К тому же цементируемая сталь на основе газов создается с малым процентом алифатических предельных углеводородов, пропана или алканов. Чаще всего этот метод применяется в масштабном производстве, но является очень затратным в плане денежных средств. Похожий способ применяется при термическом производстве. При этом в горячую ротортную печь вводят смеси органических высокомолекулярных соединений (например, скипидара, этилового спирта и т.д.), которые, в свою очередь, обладают способностью распада под влиянием катализаторов (никелевых).

3. Процесс жидкостной цементации. Его применяют в цианидных и бесцианидных ваннах. Каждая из этих сред характеризуется своими особенностями, преимуществами и недостатками. К примеру, цианидные ванны не относятся к категории безвредных. Их принято классифицировать как опасные носители не только для окружающей среды, но и для человека. Поэтому при работе с таким материалом необходимо стараться соблюдать все предписанные меры безопасности, чтобы избежать неблагополучных последствий. А вот метод, основанный на бесцианидной ванне, не рекомендовано применять в силу того, что он ведет к необратимому загрязнению окружающей среды и наносит ей огромный урон. Указанные способы если и применяют на практике, то только лишь для получения небольших глубин науглероживания.

Термообработка цементованных изделий

Данный процесс является также достаточно важным этапом обработки деталей. Ведь даже после цементации изделие не обладает высоким процентом износостойкости и надёжности. Поэтому завершающим шагом в данном случае служит работа по закаливанию и отпуску. Процесс закалки характеризуется рядом особенностей и свойств. Весь процесс цементации проходит под влиянием роста зерна, а его отдача по сечению является неодинаковой и расходуется неравномерно. Поэтому в работе выделяют несколько этапов закалки, каждый из которых происходит в определённых температурных условиях.

Вывод

Ознакомившись с вышесказанным, можно сказать, что организация указанного процесса при изготовлении стальных изделий является очень важной. Данное действие значительно укрепит поверхностный слой детали. При обладании определенными навыками в этой сфере и наличии необходимых материалов и оборудования может быть осуществлена цементация стали в домашних условиях.

fb.ru

что это и как осуществить

В основе процесса цементации заложен принцип химической и термической обработки металла. Вся суть процедуры в насыщении поверхности стали необходимым количеством углерода при определенных температурных условиях.

Несколько лет назад эту процедуру в домашних условиях было практически невозможно реализовать. Сегодня это возможно с использованием среды графита или их аналогов. Главное — это желание и некоторые знания.

Общая информация о процессе

В первую очередь необходимо понимать основы термической обработки стали.

К особенностям цементации металла относят следующие факторы:

  1. Благодаря процедуре цементируемые стали становятся прочнее, что повышает износостойкость и прочность материала;
  2. Свойства эксплуатации металла изменяются за счет нагрева изделий в жидкости, газовой или твердой среде, что улучшает ее характеристики;
  3. Нагревание деталей можно до разных температур, нет ограниченной константы и точных рекомендаций. В домашних условиях процесс цементации проходит при температуре 500 градусов по Цельсию. В промышленных условиях с использованием профессионального оборудования температура нагрева в печи достигает более 1300 градусов по Цельсию. Следует знать, что температуру выбирают, учитывая концентрацию примесей и углерода.
  4. Профессионалы рекомендуют в домашних условиях цементировать низкоуглеродистые виды стали (приблизительно 0,2%). Например, лезвие от недорогого кухонного ножа, изготовленного из стали или небольшие детали.
  5. В структуру стали углерод проникает довольно медленно. Поэтому цементация лезвия ножа в условиях домашней процедуры происходит со скоростью не более 0,1 мл в час. Чтобы это же лезвие выдерживало более сильные нагрузки, нужно усиливать слой толщиной до 0,8 мл в час. Еще важно понимать, что цементация ножа или небольшого вала в условиях домашнего цеха займет минимум восемь часов. При этом следует удерживать определенную температуру в печи, чтобы не нарушить температурный режим.
  6. В процессе цементации изменяется не только свойство металла, но и его фазовый состав и атомная решетка. В целом поверхность получает такие же характеристики, как и при закалке, но при этом существует возможность контроля в узком диапазоне температур, чтобы избежать различных дефектов материала.

Осуществить цементацию нержавеющий стали немного сложнее, но в то же время это качественно улучшит характеристики этого вида металла.

В какой среде возможна цементация стали

Процесс закалки проходит в различных условиях среды:

  • в твердой;
  • в газообразной;
  • в растворе электролита;
  • в виде специальной пасты;
  • в кипящем слое.

Чаще всего в условиях домашнего цеха проводится цементация стали графитом. Это сильно упрощает процесс, так как не нужно дополнительно еще заботиться о сильной герметичности печи.

В промышленном производстве чаще всего используют газ, так как этот способ сокращает время, затраченное на закалку.

Разновидности металла, который можно обрабатывать

Выделяют три основные группы металла, который используется для закалки:

  1. Сталь с неупрочняемой сердцевиной. В эту группу входят следующие марки стали, пригодной для цементирования — 20, 15 и 10. Эти детали имеют небольшой размер, используются для эксплуатации в бытовых условиях. Во время закалки происходит трансформация аустенита в феррито-перлитную смесь.
  2. Сталь со слабо упрочняемой сердцевиной. В эту группу вошли металлы таких марок, как 20Х, 15Х (хромистые низколегированные стали). В этом случае проводят дополнительную процедуру лигирования с помощью небольших доз ванадия. Это обеспечивает получение мелкого зерна, что приводит к получению более вязкого и пластичного металла.
  3. Сталь с сильно упрочняемой сердцевиной. Этот вид металла используют для изготовления деталей со сложной конфигурацией или большим сечением, которые выдерживают различные ударные нагрузки, подвергаются воздействию переменного тока. В процессе закалки вводится никель или при его дефиците используют марганец, при этом для дробления зерна добавляют малые дозы титана или ванадия.

В целом процесс цементации стали необходим для улучшения износостойкости и прочности деталей.

Чаще всего цементации подвергаются валы, оси, лезвия ножей, детали подшипников и зубчатые колеса.

Как происходит цементация стали в твердой среде на предприятии и в условиях домашнего цеха?

Смесь для твердой цементации готовится из бария, кальция с древесным углем и углекислого натрия. Уголь лучше брать из дуба или березы и разделить его небольшие фракции, не более десяти миллиметров. Чтобы удалить лишнюю пыль, уголь рекомендуют просеять. Соли тоже измельчают до состояния порошка и пропускают через сито.

Существует две методики для приготовления смеси:

  1. Уголь из дерева поливают солью, которую предварительно растворяют в воде. Получившуюся смесь высушивают, ее влажность должна быть не более 7%.
  2. Сухой уголь и соль тщательно перемешивают, чтобы исключить возможность появления пятен уже в процессе химической и термической обработки.

При этом, первая методика считается более качественной. Так как она гарантирует, что смесь выйдет равномерной, а результат без пятен и разводов. Готовую смесь еще называют карбюризатором.

Сам процесс твердой цементации проходит в специальных ящиках, где насыпана смесь в нужном количестве. Идеально, если ящики соответствуют размеру и форме изделия, которое обрабатывают. Так как в этом случае снижаются затраты времени на прогрев тары, а качество слоя цементации улучшается. Для избежания утечки газа щели замазывают специальной огнеупорной глиной и накрывают все плотно прилегающей крышкой.

Следует обратить внимание, что изготавливать тару, идеально подходящую, экономически выгодно, если речь идет о конвейерной процедуре. Если же нужно одну или две детали закалить, то лучше выбрать тару универсальной формы — квадратную, круглую или прямоугольную.

Ящики выбирают из малоуглеродистой или жаростойкой стали.

Сам процесс цементации в твердой смеси проходит следующим образом:

  • детали, которые необходимо закалить, равномерно укладываются в ящики, наполненные твердым карбюризатором;
  • печь разогревают до 900−1000 градусов и подают в нее тару с изделиями;
  • прогрев ящиков проходит при температуре от 500 до 700 градусов. Этот прогрев называют сквозным. Сигналом, что печь накалилась до нужной температуры служит однородный цвет подовой плиты, на ней больше нет темных участков под ящиками;
  • температуру поднимают до 900 или 1000 градусов по Цельсию.

Именно при таком температурном режиме происходят диффузные изменения в структуре деталей на уровне атомов.

В домашних условиях достаточно сложно нагреть печь до нужной температуры и выдержать весь температурный режим от начала и до конца. При этом все возможно. Следует помнить, что эффективность домашней цементации намного ниже, чем промышленной.

Цементуемые стали с помощью газа

Впервые цементацию стали газом осуществили на Златоусовском комбинате под бдительным руководством П. Аносова. Этот эффективный способ разработали В. Просвирин, С. Ильинский и Н. Минкевич.

Суть процесса достаточно проста — металл цементируется под влиянием углеродсодержащего газа (природного, искусственного или генераторного) в герметически закрытой печи.

Самый доступный и часто используемый газ — это состав, который получают при разложении нефтепродуктов.

Его изготавливают следующим способом:

  • в специальную емкость из стали наливают керосин, нагревают до процесса пиролиза — разложения керосина на смесь из нескольких газов;
  • примерно 60% этого газа модифицируют и делают подходящим для цементации.

Смесь из модифицированного газа и чистого пиролизного газа используют для цементации. Необходимость модификации части газа вызвана тем, что от использования чистого пиролизного газа на стали получается недостаточная цементация, а на некоторых деталях может оседать немного сажи, которую сложно удалять.

Сам процесс цементации стали с помощью газа проводят на специальных печах-конвейерах непрерывного действия. Либо используют уникальные стационарные агрегаты.

Сначала в печь, ее муфель, помещают деталь. Установку закрывают и накаляют печь до 950 градусов. Потом подают заранее подготовленный газ.

Провести эту процедуру в домашних условиях практически нереально.

В то же время она имеет несколько преимуществ перед твердым способом обработки:

  • меньше времени затрачивается на подготовку сырья для цементации;
  • более благоприятные и безопасные условия для труда рабочих;
  • ускорение процесса закалки за счет сокращения времени на выдержку изделий.

Самое важное при цементации стали — это грамотно организованный процесс и качественное оборудование и сырье. Твердый способ вполне можно реализовать в домашних условиях при наличии печи, карбюризатора и металлических форм. А также определенных умений и навыков, связанных с этим процессом закалки стали.

tokar.guru

Цементация стали в домашних условиях графитом и другими методами

Определенное воздействие на сталь позволяет изменить ее основные эксплуатационные свойства. Чаще всего проводится химико-термическое воздействие, которое называют цементацией стали. Она предусматривает как нагрев детали для перестроения его атомной решетки, так и внесение требуемых химических элементов. Цементация стали в домашних условиях графитом или другой средой еще несколько лет назад практически не проводилась, но сегодня это возможно. Рассмотрим особенности данного процесса подробнее.

Цементация стали в домашних условиях

Общие сведения о процессе цементации стали

Для того чтобы проводить подобную обработку металла в домашних условиях следует рассмотреть особенности термического воздействия на сталь подробнее.

Среди особенностей цементации выделим следующие моменты:

  1. Цементирование предусматривает нагрев изделий в жидкой, твердой или газовой среде, за счет чего изменяют эксплуатационные свойства поверхностного слоя.
  2. За счет проведения данной процедуры концентрация углерода повышается, что обеспечивает увеличение прочности и износостойкости стали.
  3. Специалисты рекомендуют цементировать низкоуглеродистые стали, которые имеют показатель концентрации углерода примерно 0,2%. Примером можно назвать лезвие ножа, которое изготавливают из стали невысокой стоимости.
  4. Нагрев детали может проводится до самых различных температур. Цементация металла в домашних условиях проходить при температуре около 500 градусов Цельсия, в цехах, оборудованных специальным оборудованием, этот показатель может достигать значения 1200 градусов Цельсия и выше. Отметим, что температура нагрева выбирается в соответствии с показателем концентрации углерода и других примесей.
  5. Рассматриваемый термический процесс изменяется не только химический состав стали, но и его атомную решетку и фазовый состав. По сути, поверхность получает те же характеристики, что и при закалке, но есть возможность их контролировать в узком диапазоне и избежать появления различных дефектов.
  6. Углерод проникает в структуру стали очень медленно. Поэтому, к примеру, цементация ножа в домашних условиях проходить со скоростью 0,1 миллиметра за 60 минут. Для того чтобы лезвие ножа выдерживало механическое воздействие придется провести упрочнение слоя толщиной около 0,8 миллиметра. Этот момент определяет, что термообработка ножа или цементация вала в домашних условиях займет не менее 8 часов, на протяжении которых нужно выдерживать требуемую температуру.

Цементация стали

Цементация нержавеющей или другой стали более сложный процесс, в сравнении с закалкой, но позволяет достигнуть более высоких эксплуатационных качеств.

Классификация среды, в которой проходит цементация стали

Науглероживание ножа или другого изделия может проходить в следующих средах:

  1. Твердой.
  2. Газовой.
  3. В виде пасты.
  4. Растворе электролита.
  5. Кипящем слое.

Цементация металла в домашних условиях графитом проводится чаще всего. Наибольшее распространение получила твердая среда по причине того, что не нужно обеспечивать высокую герметичность печи.

Газ применяется преимущественно в промышленном производстве, так как позволяет достигнуть требуемых результатов за минимальный период.

Процесс цементации стали своими руками

При наладке процесса химико-термической обработки в домашних условиях выбирают метод цементации в твердой среде. Это связано с существенным упрощение задачи по оборудованию помещения. Как правило, твердый карбюризатор делается при использовании смеси бария или кальция с древесным углем, а также углекислого натрия. Соль измельчается до состояния порошка, после чего пропускается через сито.

Цементация стали в твердом карбюризаторе

Рекомендации по созданию твердой смеси следующие:

  1. Первый метод заключается в использовании соли и угля, которые тщательно перемешиваются. Если использовать не однородную смесь, то есть вероятность образования пятен с низкой концентрацией углерода.
  2. Второй метод предусматривает применение древесного угля, которые поливается сверху солью, растворенной в воде. После этого уголь сушится до получения смеси с показателем влажности около 7%.

Для ножа и других изделий больше всего подходит второй метод получения карбюризатора, так как он позволяет получить равномерную смесь. Цементация стали в домашних условиях графитом также предусматривает создание смеси при применении нескольких технологий.

Цементация проводится в специальных ящиках, которые наполнены подготовленным карбюризаторов. Конструкция должна быть герметичной, для чего проводится заделывание щелей глиной. Достигать высокой герметичности рекомендуется по причине того, что при нагревании карбюризатора выделяются газы, которые не должны попасть в окружающую среду. Сам ящик следует изготавливать из жаропрочной стали, которая выдержит воздействие высокой температуры.

Процесс по проведению цементации стали в ящике в домашних условиях имеет следующие особенности:

  1. Деталь укладывается в ящик со смесью. Толщина слоя твердого карбюризатора выбирается в зависимости от размеров заготовки.
  2. Устанавливается печь.
  3. Начальный прогрев печи проводится до температуры 700 градусов Цельсия. Данный нагрев называют сквозным. Однородность цвета стали, из которого изготавливается ящик, говорит о возможности перехода к следующему этапу.
  4. Следующий шаг заключается в нагреве среды до требуемой температуры. Важно обеспечить равномерный нагрев поверхности деталей сложной формы, так как могут возникнуть существенные проблемы при неравномерном перестроении атомной структуры.

Цементация стали в ящике в домашних условиях

Сегодня есть возможность провести подобную процедуру и в домашних условиях, но возникают трудности с достижением требуемой температуры.

Отсутствие необходимого оборудования приводит к существенному снижению качества получаемых изделий, а также увеличения времени выдержки.

Применение газа

В массовом производстве используется газовая среда. Проводить насыщение поверхности углеродом можно только при использовании герметичной печи. Наиболее распространенным составом газовой среды можно назвать вещества, получаемые при разложении нефтепродуктов.

Газовая цементация стали

Процедура имеет следующие особенности:

  1. Следует использовать конвейерные печи непрерывного действия с повышенной изоляция рабочей среды. Они очень редко устанавливаются в домашних условиях по причине высокой стоимости.
  2. В печь помещают заготовки, после чего проводится нагрев среды до требуемой температуры.
  3. После нагрева печи до требуемой температуры подается газ.

Преимуществ у подобной технологии довольно много:

  1. Нет необходимости в длительной подготовке газовой среды.
  2. Процесс предусматривает малую выдержку, что снижает затраты на поддержание температуры.
  3. Оборудование компактное, не занимает много места.

Однако есть существенный недостаток, который заключается в отсутствии возможности установки оборудования и налаживания процесса в домашних условиях. Рентабельность цементации в домашних условиях при установке подобного оборудования обеспечивается только при существенном увеличении обрабатываемых партий.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

 

stankiexpert.ru

Цементация металла – виды цементации стали и нюансы процесса

Цементация, осуществляемая в различных средах и исключительно под воздействием высоких температур, является очень распространенным методом химико-термической обработки металла, успешно применяемым уже не один десяток лет.

Подготовка деталей для цементации

Сущность процесса цементации

Смысл любых методов химико-термической обработки металлов, к числу которых относится и цементация стали, заключается в том, что изделие нагревают до высокой температуры в специальной среде (жидкой, твердой или газообразной). Такое воздействие приводит к тому, что меняется химический состав металла – поверхность обрабатываемого изделия насыщается углеродом, в итоге становится более твердой и износостойкой. Что важно, сердцевина обработанных деталей остается вязкой.

Добиться желаемого эффекта после такого воздействия на металл можно лишь в том случае, если обработке подвергают низкоуглеродистые стали, в составе которых углерода содержится не более 0,2%. Для того чтобы выполнить цементацию, изделие нагревают до температуры 850–950 градусов Цельсия, а состав среды подбирают таким образом, чтобы она при нагреве выделяла активный углерод.

Если цементацию стали проводить квалифицированно, можно не только изменить химический состав металлического изделия, но также преобразовать его микроструктуру и даже фазовый состав. В результате удается значительно упрочнить поверхностный слой детали, придать ему характеристики, сходные со свойствами закаленной стали. Для того чтобы добиться таких результатов, необходимо правильно подобрать параметры химико-термической обработки металла – температуру нагрева и время выдержки обрабатываемого изделия в специальной среде.

Оборудование для вакуумной цементации стали

Данная технологическая операция является достаточно продолжительной по времени, так как процесс насыщения поверхностного слоя стали углеродом проходит очень медленно (0,1 мм за 60 минут). Учитывая тот факт, что упрочненный поверхностный слой для большинства изделий должен составлять не менее 0,8 мм, можно рассчитать, что на выполнение цементации металла необходимо будет затратить не менее 8 часов. Основными типами сред для выполнения цементации металла (или, как их правильно называют, карбюризаторами) являются:

  • газообразные среды;
  • растворы электролитов;
  • пастообразные среды;
  • кипящий слой;
  • твердые среды.

Наиболее распространенными являются газообразные и твердые карбюризаторы.

Зависимость толщины цементованного слоя от времени и температуры обработки

Проведение цементации стали в твердой среде

Чаще всего для выполнения цементации металла в твердой среде используется смесь, состоящая из углекислого натрия, бария или кальция и березового или дубового древесного угля (70–90%). Перед этим все компоненты такой смеси измельчаются до фракции 3–10 мм и просеиваются, что необходимо для удаления слишком мелких частиц и пыли.

После того, как компоненты смеси для химико-термической обработки металла подготовлены, их можно смешать несколькими способами.

  • Компоненты смеси (соль и уголь) тщательно перемешиваются в сухом состоянии. Если пренебречь этим требованием, то после окончания процесса цементации на поверхности изделия могут образоваться пятна.
  • Соль растворяют в воде и полученным раствором поливают древесный уголь, после чего его просушивают до достижения влажности не более 7%.

Следует отметить, что второй способ предпочтительнее, так как позволяет получить смесь с более равномерным составом.

Древесноугольный карбюризатор

Как в производственных, так и в домашних условиях цементация изделий из стали выполняется в ящиках, в которые засыпан карбюризатор. Чтобы улучшить качество поверхностного слоя обрабатываемого металла, а также сократить время, идущее на прогрев ящиков, лучше всего изготавливать их максимально приближенными к размерам и формам деталей.

Оптимальные условия для протекания цементации стали можно создать, исключив утечку газов, образующихся в карбюризаторе в процессе нагрева. Для этого ящики, у которых должны быть плотно закрывающиеся крышки, тщательно обмазывают огнеупорной глиной перед помещением в печь.

Естественно, использовать специально изготовленные ящики целесообразно лишь в промышленных условиях. Для цементации металла в домашних условиях применяют ящики стандартных размеров и формы (квадратные, прямоугольные, круглые), подбирая их в зависимости от количества обрабатываемых деталей и внутренних размеров печи.

Оптимальным материалом для таких ящиков является жаростойкая сталь, но может быть использована и тара из малоуглеродистых сплавов. Технологический процесс цементации изделий из металла выглядит следующим образом.

Наглядное изображение изменения структуры после цементации

  • Подготовленные для обработки детали укладывают в ящики, пересыпая слоями карбюризатора.
  • Наполненные ящики, обмазанные огнеупорной глиной, помещают в предварительно прогретую печь.
  • Выполняют так называемый сквозной прогрев ящиков с деталями, при котором они нагреваются до температуры 700–800 градусов Цельсия. О том, что ящики хорошо прогрелись, судят по цвету подовой плиты: на ней не должно быть темных пятен в местах соприкосновения с тарой.
  • Температуру в печи поднимают до 900–950 градусов Цельсия. Именно при таких значениях проводят цементацию стали.

Высокая температура и специальная среда, в которой находится металл, способствуют тому, что происходит диффузия атомов активного углерода в кристаллическую решетку стали. Следует отметить, что выполнение цементации стали возможно в домашних условиях, но часто не позволяет добиться желаемого эффекта. Объясняется это тем, что для процесса цементации необходима длительная выдержка детали при высокой температуре. Как правило, это трудно обеспечить в домашних условиях.

Цементация деталей в газовой среде

Авторами данной технологии являются С. Ильинский, Н. Минкевич и В. Просвирин, которые под руководством П. Аносова впервые использовали ее на комбинате в г. Златоусте. Суть данной технологии заключается в том, что обрабатываемые детали из металла нагреваются в среде углеродосодержащих газов, которые могут быть искусственного или природного происхождения. Чаще всего используется газ, который образуется при разложении продуктов нефтепереработки. Такой газ получают следующим способом:

  • нагревают стальную емкость и подают в нее керосин, который при испарении разлагается на смесь газов;
  • состав некоторой части (60%) полученного газа модифицируют (крекирование).

Полученная смесь и используется для выполнения химико-термической обработки стали.

Процесс цементации стали

Если цементацию стали провести с применением только пиролизного газа, без добавления крекированного, то глубина науглероженного слоя будет недостаточной. Кроме того, в таком случае на поверхности обрабатываемой детали осядет большой слой сажи, на удаление которого может уйти много времени и сил.

Печи, которые используются для выполнения газовой цементации металла, должны герметично закрываться. На современных производственных предприятиях применяют два основных типа таких печей: методические и стационарные. Сам процесс цементации в газовой среде выглядит следующим образом. Обрабатываемые детали помещают в печь, температуру в которой доводят до 950 градусов Цельсия. В нагретую печь подают газ и выдерживают в нем детали определенное время.

По сравнению с цементацией стали с использованием твердого карбюризатора, данная технология имеет ряд весомых преимуществ:

  • обеспечение лучших условий для обслуживающего персонала;
  • высокая скорость достижения требуемого эффекта за счет того, что детали в газовой среде могут выдерживаться меньшее количество времени (к тому же не требуется время для приготовления твердого карбюризатора).

Цементация стали в домашних условиях

В каких еще средах может проводиться цементация стали

Отдельные сорта углеродистых, низкоуглеродистых и легированных сталей, в частности 15, 20, 20ХГНР, 20Х, 20Х2Н4А, 18Х2Н4ВА, 20Г, 12ХН3А и др., могут проходить цементацию в других средах.

Электролитический раствор

В такой среде можно науглероживать только детали, отличающиеся небольшими размерами. Основывается данный метод на анодном эффекте, благодаря которому и происходит насыщение поверхности металла углеродом, содержащимся в растворе электролита. Для того чтобы раствор содержал достаточное количество активного углерода, в него добавляют глицерин, ацетон, сахарозу и другие вещества. Перед тем, как поместить деталь из стали в раствор, его нагревают до температуры 450–1050 градусов Цельсия (в зависимости от обрабатываемого металла и размеров детали). Для разогрева раствора используют электрический ток с напряжением 150–300 В.

Кипящий слой

Цементацию стали по данной технологии проводят в среде раскаленного газового потока, формируемого при прохождении метана и эндогаза через слой нагретого мелкоизмельченного (0,05–0,2 мм) корунда.

Пастообразные составы

Для науглероживания поверхности металла по данной технологии используются специальные пасты, состоящие из желтой соли, древесной пыли и сажи. Перед обработкой деталь обмазывают такой пастой и просушивают, а только затем нагревают до температуры 910–1050 градусов Цельсия при помощи токов высокой частоты.

По какой бы технологии ни была выполнена цементация стали, после ее окончания рекомендуется провести отпуск металла.

Оценка статьи:

Загрузка...

Поделиться с друзьями:

met-all.org

Цемент, цементит и цементация - Справочник химика 21

    В зоне цементации медных Сульфидных месторождений, осадочных породах, медистых песчаниках (в цементе и псевдоморфозы по древесине). Медь, халькопирит, пирит, ковеллин, борнит, ма-ла.чит, азурит, куприт, лимонит [c.219]

    Цемент, цементит и цементация [c.253]

    Попробуйте ответить на два простых вопроса участвует ли цемент в цементации и содержится ли цемент в цементите  [c.253]

    Современная строительная техника предъявляет ряд новых требований к вяжущим веществам. Так, для производства железобетонных строительных деталей и конструкций нужен быстротвердеющий портландцемент, для возведения массивных сооружений, во избежание внутренних напряжений необходимо, чтобы цемент выделял при твердении небольшое количество тепла для сооружений бетонных дорог нужен цемент, обладающий повышенной деформативной способностью и морозостойкостью, малой истираемостью и незначительной усадкой для декоративных целей нужны белые и цветные цементы для цементации нефтяных и газовых скважин необходим отвечающий специальным требованиям тампонажный цемент для ряда сооружений нужен расширяющийся цемент. В соответствии с этим была разработана технология производства этих цементов. [c.15]

    Песчаники кварцевые, мелкозернистые, алевритистые, углисто-гли-нистые. Цемент углистый, углисто-глинистый, кальцитовый, иногда цементация осуществляется за счет уплотнения зерен. Отсортированность песчаников невысокая. [c.75]

    Цементация межтрубного пространства и разбуривание цемента. [c.50]

    При цементации деталей из стали с повышенным содержанием марганца образуется более однородный цементованный слой, а после закалки такие детали имеют высокую и равномерную поверхностную твердость. Сталь с повышенным содержанием марганца цементуют при температуре 900—920° С. После цементации детали следует подвергнуть промежуточной термической обработке— закалке в масле или нормализации с температуры 820—840° С — для улучшения цементованной сердцевины. Окончательная закалка производится с температуры 780—800° С. Крупные изделия при закалке охлаждаются в воде или через воду и масло, а мелкие — в масле. Отпуск производится при температуре 180—200° С. [c.36]

    Цементация 5/669. 451, 452, 750 1/833 2/201,232.259,260,273,445, 553, 1154 3/7, 93, 475, 819 4/321, 550, 808, 975 Цементит 2/255-257, 259, 271, 272 Цементы 5/669, 164, 172, 670-673 1/454, 468, 544, 545, 716. 788. 870, 871, 975 2/227-229, 255, 322, 348-350,356,582,588, 606,776, 800, 805, 806, 1246, 1248, 1319, 1320 3/368, 439, 863, 1117, 1118, 1265 4/138, 289, 333,414,679,681, 752, 833,834, 920, 1041. См. также Портландцемент [c.748]

    Ухудшение пористости и проницаемости коллекторов на крыльях может происходить не только за счет уменьшения трещиноватости, возникшей под влиянием тектонических напряжений, но и за счет выпадения карбонатного цемента за контуром нефтегазоносности вследствие окисления УВ и восстановления сульфатов. В пределах же контура нефтегазоносности вторичной цементации пор, каверн и трещин после заполнения коллектора УВ не происходит. [c.54]

    Газовая цементация производится в печах при обыкновенных температурах цементации пропусканием через них цементующих газов (метан, окись углерода, бутан и др.). [c.30]

    Наиболее целесообразна битумизация при значительных скоростях потока подземных вод, когда цементация или глинизация мало эффективны. Битум ограниченно распространяется в породе, при этом расход материалов сокращается до минимума стоимость битума меньще, чем цемента объемная масса цемента в 1,5 раза больще объемной массы битума. [c.148]

    Цементит — это очень твердый карбид железа состава ЕедС, наличие которого в чугуне и стали сообщает им высокую механическую прочность. Нужен ли цемент для цементации и для образования цементита Вопрос надо воспринимать не иначе как шутку ведь строительный цемент — это смесь силикатов и алюминатов кальция, которая при смешивании с водой превращается в гидраты силикатов кальция и затвердевает в прочную массу. Цемент — это составная часть бетонов и строительного раствора, который используется в кирпичной кладке стен. [c.263]

    Кондуктор цементируют обычным цементом марки 300—500, затворенным на воде, а обсадную колонну — специальным термостойким цементом. При цементации обсадной колонны в глинистых или соляных породах применение цемента, затворенного пресной водой, не обеспечивает требуемой герметизации. Плотный контакт такого цемента с глинами или солями не достигается, так как избыток пресной воды в цементном растворе взаимодействует с этими породами, нарушая их целостность, вследствие чего в зоне контакта образуется рыхлый пограничный слой. Степень контакта цемент — глина значительно повышается при затворенйи цемента насыщенным водным раствором поваренной соли (360 кг на 1 воды). Промывку скважин перед цементированием и продав-ливание цемента по окончании тампонажа также следует производить насыщенным раствором поваренной соли. [c.145]

    Тульский пласт (Тл) в основном сложен песчаниками. Песчаники кварцевые, мелко- и разнозернистые. Отсортированность песчаников меняется в широких пределах. По сравнению с бобриковскими зерна тульских пород окатаны в меньшей степени. Цементация осуществляется плотной упаковкой зерен и частичным окварцеванием с развитием регенерационного цемента. Встречаются участки с глинистым и кальцитовым цементом. [c.68]

    Сестини особо выделил такие практически важные типы цементов, как железистые портланд-це-менты в них сумма соединений, содержащих окись железа, не превышает 15—18%. В то же время в таких цементах сильно снижено количество глинозема, связанного в виде трехкальциевого алюмината. В своей работе ЛюдвигЗ указал особые условия, которые встречаются в нефтяной промышленности при цементации неф- [c.797]

    Породы-коллекторы тульского надгоризонта представлены алевролитами и песчаниками, причем алевролиты имеют большее распространение, чем песчаники. Алевролиты мелко- и крупнозернистые, песчанистые и песчаные, глинисто-углистые. Зерна кварца угловатые, остроугольные, полуокатанные. Цемент алевролитов углисто-глинистый и глинистый, по составу гидрослюдистый, тонко-и мелкочешуйчатый. Иногда цементация осуществляется плотной упаковкой зерен при незначительном количестве глинистого цемента. Неравномерная глинистость и частое включе ние песчаного материала определили значительную неодноро дность алевролитов. [c.78]

    Bюpцнep считал процесс схватывания и усадки следствием действия капиллярных сил, связанных с химическими реакциями, кристаллизацией и гелеобра-зованием. Наккен объяснял увеличение механической прочности твердеющих цементов значительной поверхностной энергией, связанной с прорастанием продуктов гидратации, так же как это имеет место при склеивании, цементации, ковке и т. д. Особые свойства воды в смеси играют важную роль в этих явлениях. Капиллярная теория усадки получила полное подтверждение после капитальных исследований Фрессине , который рассчитал силы, вызывающие процесс усадки и объяснил ползучесть стальных стержней в бетонных конструкциях как неупругую деформацию под действием сил натяжения, действующих длительное время Энергия усадки была весьма просто рассчитана с помощью ртутного объемомера, который помещали в цементную пасту. Этот прибор калибровался как пьезометр для измере- [c.805]

    Цементацию осуществляют в специальных аппаратах — карбюризаторах. Источником углерода является древесный уголь, который при неполном сгорании и в результате ряда химических реакций образует активный углерод, твердые растворы углерода в железе и цементит ГезС. Для повышения скорости цементации в карбюризатор добавляют карбонат бария, а для предотвращения спекания — карбонат кальция. В системе древесный уголь + ВаСОз + СаСОз -Ь Ог-Ь -I- стальная деталь поддерживается температура 920 °С, что создает условия для протекания следующих процессов  [c.631]

    Не ниже 906° С при выплавке чугуна образуется феррит, который непосредственно соединяется с углеродом, образуя карбид железа или цементит формулы РсзС. Карбид железа образуется также на поверхности стальных изделий при нагревании их до соответствующей температуры в присутствии угольного порошка, соды и других углеродсодержащих продуктов. Процесс этот называется цементацией. Цементированные изделия так же, как и азотированные, приобретают поверхностную твердость (например, оси, рельсы и др.). В последнее время цементацию стали производить, нагревая стальные изделия в присутствии светильного газа с обязательным удалением освобождающегося водорода (аналогично процессу азотирования). [c.361]

    Цементация шарошек и лап долот производится, как правило, в древесноугольном карбюризаторе. Шарошки и лапы из стали 12ХН2 цементуют ири температуре 930—960° С. [c.94]

    Характерным для всех измельченных образцов керна (табл. 3.21) при выдерживании их в дистиллированной воде является процесс диспергирования глинистых составляющих цемента до мельчайших частиц, проходящих через плотный фильтр. Основной растворимой частью испытанного кернового материала в соляной и глинокислоте являются соединения железа и алюминия, что подтверждается данными рентгенофафического анализа керна о наличии хлоритовой и каолинитовой цементации песчаников, при этом возможно наличие сидерита и в малых количествах — кальцита. [c.274]

    При одном и том же содержании цементирующего вещества резкое падение проницаемости прежде всего наблюдается у пород с большей плотностью, плохой отсортированностью и ока-танностью зерен, так как цементация существенно уменьшает пористость, что, в свою очередь, ведет к увеличению плотности пород (рис. 9, 10). При равномерно-норовом типе цемента, однородном гранулометрическом составе и одинаковой компоновке зерен в породах наблюдается уменьшение проницаемости с увеличением плотности (рис. 11). [c.51]

    Цементация породы также снижает пористость. В карбонатных породах процессы вышелачивания, доломитизации вызывают увеличение пористости, а перекристаллизация часто ее уменьшает. Все процессы литогенеза так или иначе влияют на пористость, в том числе изменения в глинистом цементе, катаклаз, растворение зерен химически малостойких минералов и т.д. [c.249]

    Из числа вторичных процессов в карбонатных породах важнейшее значение имеют цементация, выщелачивание, кальцити-зация и сульфатизация. Цементация может начаться очень рано и происходить быстро, как это хорошо видно на примере бичроков. Кальцитовый цемент выкристаллизовывается за счет выпаривания морской воды, заливающей пляж, и частичного растворения нестойких минералов. Пляжный карбонатный песок может отвердевать за несколько дней. Подобная почти мгновенная литификация происходила и в прошлые времена. Дальнейшая судьба оставшихся в каркасе такого литификата пустот может быть различна. [c.271]

    К этой группе относятся газификация твердых топлив (условно) бурого угля, торфа [93, 326, 327] полукоксование в сочетании с газификацией [47], а также многочисленные другие пропессы, разнообразные по технологии и аннаратурному оформлению. В числе этих процессов [10, 44, 140, 267, 301, 331, 338, 389, 640, 761] окисление SO2 в серный ангидрид на ванадиевом катализаторе нафталина во фталевый ангидрид бензола в малеиновый ангидрид этилена в окись этилена, а также хлористого водорода в хлор и т. д. дегидрирование бутана, бутилена, альдегидов гидрирование нефтяного сырья для иолучения нафталина алкилирова-нне бензола иропан-пропиленовой и бутан-бутиленовой фракциями на алюмосиликатном катализаторе хлорирование метана, этилена, нентанов синтез аммиака, цианистого водорода из метана и аммиака, дивинила из этилового сиирта полимеризация ацетилена в бензол в слое инертного материала конверсия метана, окиси углерода и т. д. прокаливание катализаторов обжиг известняка, цемента, гипса вснучивание перлитов цементация изделий и вулканизация в слое инертной насадки (условно). [c.422]

chem21.info

способы, оценка качества, цементный мост, видео-инструкция по монтажу своими руками, фото и цена

Если производитель работ по бурению скважины на вашем участке сделал заключение, что источник нуждается в дополнительном укреплении, не стоит игнорировать рекомендацию, так как ваш водозабор может разрушиться через несколько лет. Цементирование скважин – достаточно сложный технологический процесс, позволяющий укрепить столб источника и сделать его практически неподверженным повреждениям.

С помощью данной технологии из пространства вокруг трубы вытесняется буровой раствор и закачивается цементный – получается монолитная конструкция

Суть процесса заключается в заполнении околотрубной полости специальным цементным раствором, который еще называется тампонажным. После его застывания и набора прочностных характеристик получается материал, по твердости практически не уступающий камню.

Основные виды работ, проводимых в рамках процесса

Отметим сразу, что провести работы своими руками без специального оборудования практически невозможно, высокое качество работ достигается только при неукоснительном соблюдении всех стадий технологического процесса. Цена данной услуги достаточно высока, но эти затраты полностью оправданны.

Весь рабочий процесс можно разделить на несколько основных этапов, рассмотрим каждый из них подробнее:

  • Приготовление специального раствора для заполнения полости. Так как к составу предъявляются самые высокие требования, в нем лучше всего использовать специальный тампонажный портландцемент, который обеспечивает раствору высочайшие показатели прочности.

Тампонажный цемент – лучшее решение для укрепления скважин

  • Готовый тампонажный состав необходимо доставить к скважине, так как он достаточно быстро застывает, проще всего использовать специальное оборудование на автомобильной платформе, в этом случае все необходимые операции будут проводиться прямо на месте.
  • Далее производится закачка затрубного пространства цементным составом. Эта операция может производиться двумя способами, каждый из которых мы рассмотрим ниже.
  • После этого необходимо дать раствору застыть и набрать определенные прочностные характеристики. Необходимое время зависит от нескольких факторов: марки раствора, глубины скважины и особенностей проведения работ.
  • Также необходима проверка качества работы и выявление всех факторов: толщина слоя, равномерность заполнения и другие факторы.

Для улучшения эксплуатационных свойств тампонажного раствора применяются различные добавки, с помощью которых достигаются высочайшие показатели надежности

Важно! Перед началом работы необходимо проведение многочисленных расчетов, которые должны учитывать все особенности цементируемой скважины. На их основании составляется подробный план проведения работ.

Основные методы закачивания раствора

Способы цементирования скважин подразделяются на виды в зависимости от того, как подается тампонирующий раствор в затрубное пространство и какие для этого используются приспособления. Широко применяется несколько основных методов, которые мы и рассмотрим.

Цементирование сплошного типа или одноступенчатое

Этот способ имеет следующие особенности:

  • Состав закачивается прямо в обсадную колонну с помощью специального устройства.
  • Раствор продвигается по всей колонне вплоть до его основания – башмака.
  • Далее смесь заполняет все затрубные полости, двигаясь снизу вверх – от основания к поверхности.

Промышленные организации чаще всего используют именно этот способ, так как с его помощью можно добиться гораздо лучшего результата. Чаще всего работы производятся за один цикл, при таком варианте важно, чтобы весь необходимый объем тампонажного состава был закачан в скважину и продавливался сразу же в затрубное пространство.

Проведение работ по цементированию за один цикл

Рассмотрим особенности проведения процесса:

  • Вначале обычно проводится очистка всех полостей. Скважина заполняется промывочной жидкостью.
  • Работа начинается с ввода в скважину специального устройства – нижней пробки, которая будет служить ограничителем.
  • Далее начинается закачка необходимого объема раствора, в процессе чего пробка постепенно опускается вниз.
  • Когда весь раствор загружен в скважину, ставится верхняя пробка и начинается продавливание смеси вниз по столбу скважины, пока нижняя пробка не упрется в ограничительное кольцо внизу системы.
  • Продавливание продолжается до тех пор, пока верхний ограничитель не упрется в нижний и весь раствор уйдет в межтрубное пространство, поднимаясь по нему снизу вверх по мере заполнения.

Двухступенчатая система

Этот способ имеет свои особенности, которые мы и рассмотрим:

  • Все работы производятся следующим образом: отдельно заделывается нижний уровень, а отдельно – верхний. Это необходимо в случаях, когда температурные показатели уровней значительно различаются или количество раствора, необходимого для проведения работ, слишком велико.
  • Еще до начала работ для разграничения слоев ставится специальное устройство: разделительное кольцо.

Кольцо часто представляет собой специальный самозаклинивающийся протектор

  • Существует два способа проведения работ. При первом вначале заливается нижний слой, а после его застывания в полость закачивается верхний. Второй способ предполагает одновременное закачивание смеси как снизу, так и сверху.

Данный метод чаще всего применяется при большой глубине объекта, для его реализации требуется наличие достаточно серьезного промышленного оборудования.

Цементирование манжетного типа

Этот способ применяется в случаях, когда надо изолировать только верхнюю часть скважины. Определяется необходимый уровень, до которого будет производиться заполнение. На этой отметке на обсадной трубе закрепляется специальный манжет.

Для заполнения раствором в колонне должна быть предусмотрена перфорация.

Способы заполнения раствором затрубного пространства при двухступенчатом и манжетном способах

Обратное цементирование

Этот способ отличается от вышеперечисленных:

  • Раствор закачивается не через обсадную колонну, а через полости поступает в затрубное пространство.
  • Раствор, по мере поступления выталкивает жидкость через обсадную трубу.

Большого распространения этот способ не получил, так как очень сложно проконтролировать, когда раствор достигнет низа колонны. Кроме того, при этом методе нельзя контролировать, что раствор внизу обладает всеми необходимыми свойствами прочности.

Замечание. Обычно заказчик не выбирает конкретный способ проведения работ, его определяет исполнитель в зависимости от особенностей скважины и собственного парка оборудования.

При обратном цементировании цементная смесь идет по полости, выталкивая буровой раствор через обсадную трубу

Факторы, от которых зависит состав раствора для цементирования

Раствор, приготавливаемый для заполнения околоскважинного пространства, может отличаться по составу в зависимости от условий, в которых он применяется:

  • Чем выше температура, тем быстрее схватывается раствор – это фактор следует учитывать всегда.
  • Чем выше содержание воды в растворе, тем он лучше заполняет все полости. Но при этом состав гораздо дольше сохнет и при застывании набирает меньшие показатели прочности.

Чем жиже раствор, тем меньше его прочность после высыхания

  • Виды цементов и добавки к ним. Для работ применяются самые различные типы цемента: от специальных тампонажных сортов до кварцевых, волокнистых и саморасширяющихся составов. А добавки могут придать составу поистине уникальные свойства, но и их стоимость достаточно высока.

Какое оборудование применяется при производстве работ

Набор необходимых агрегатов достаточно обширен, они обладают значительным весом и внушительными габаритами, поэтому чаще всего их располагают на платформе мощной автотехники, как отечественного, так и зарубежного производства.

Автомобиль несет на себе целый комплекс оборудования, которое способно приготовить раствор и под давлением продавить его даже на самую большую глубину

Источником энергии для данных комплексов оборудования служит двигатель автомобиля, поэтому они не зависят от прокладки энергетических магистралей.

Автомобильная установка самостоятельно проводит весь технологический цикл:

  • Вначале в емкость добавляется точно дозированное количество цемента, после чего подается определенный объем воды.
  • Смесь тщательнейшим образом перемешивается и полностью готова к использованию.
  • Далее специальное насосное оборудование под высоким давлением подает состав в обсадную колонну.

Аспекты контроля качества работ

На фото: для проверки применяются специальные передвижные станции

После окончания работ и застывания раствора проводится оценка качества цементирования скважин.

Существует множество методов проверки, мы подробнее остановимся на основных трех:

  • Радиологический способ – в этом случае в скважину помещается специальный прибор с гамма—излучением, оно фиксируется датчиками, разнесенными радиально по всей поверхности. Метод прост: если при спуске диаграммы равномерны и не различаются по всей высоте скважины – работы проведены на высоком уровне, если присутствуют скачки – бетонирование проведено с браком.
  • Акустический способ – суть его заключается в пропускании через стенки обсадной колонны акустических волн. Если вокруг присутствует цементный покров – волны затухают очень быстро, если его нет – беспрепятственно распространяются. Метод достаточно удобен: все данные принимает и анализирует компьютер и выдает готовый результат.

Специальная программа поможет лучше разобраться с поступающими данными

  • Термальный способ основан на свойстве цементного раствора выделять тепло в процессе затвердевания. Инструкция по его применению проста: следует промерять температуру стенок на разных уровнях обсадной трубы, так достаточно легко можно определить уровень, на который поднялась смесь.

Стоит отметить, что в тех случаях, когда заливается цементный мост в скважине, т.е. прослойка, отделяющий уровни или пласты грунта друг от друга, определить его толщину и прочность невозможно с помощью вышеперечисленных способов.

Вывод

Несмотря на высокую стоимость и сложность проведения подобных работ они пользуются высокой популярностью в силу ряда причин:

  • Как известно, в почве имеется не один, а несколько водоносных горизонтов. Цементирование позволяет объединить их и значительно увеличить дебит скважины.
  • Заполнение полости раствором служит надежной защитой стальных труб от коррозии и значительно повышает ресурс конструкции. Лишние затраты окупаются высокой долговечностью и увеличенным сроком эксплуатации.
  • Весьма повышается прочность системы – она становится практически неуязвима перед движениями грунта и его термальными деформациями.

Видео в этой статье поможет лучше понять, как должно проводиться цементирование скважин.

загрузка...

kolodec.guru

особенности осуществления подачи тампонажного раствора

Оглавление: [скрыть]

  • Процесс цементирования
    • Особенности нагнетания
  • Инструменты и материалы
  • Рекомендации специалистов

Заключительный этап проведения буровых работ сопровождается процессом, который предполагает цементирование скважин. От того, насколько качественно будут проведены эти работы, зависит жизнеспособность всей конструкции. Основная цель, преследуемая в процессе проведения данной процедуры, заключается в замещении бурового раствора цементным, который имеет еще одно название — тампонажный раствор. Цементирование скважин предполагает введение состава, который должен затвердеть, превратившись в камень. На сегодняшний день существует несколько способов осуществления процесса цементирования скважин, наиболее часто используемому из них более 100 лет. Это одноступенчатое цементирование обсадной колонны, явленное миру в 1905 году и используемое сегодня лишь с некоторыми доработками.

Схема цементирования с одной пробкой.

Процесс цементирования

Технология осуществления цементирования скважин предполагает проведение 5 главных видов работ: первый — замешивание тампонажного раствора, второй — закачивание состава в скважину, третий — подача смеси выбранным методом в затрубное пространство, четвертый — затвердевание тампонажной смеси, пятый — проверка качества осуществленных работ.

Перед стартом работ должна быть составлена схема цементирования, которая имеет в основе технические расчеты процесса. Важно будет при этом взять во внимание горно-геологические условия; протяженность интервала, которому необходимо укрепление; характеристики конструкции скважинного ствола, а также его состояние. Следует использовать в процессе проведения расчетов и опыт осуществления таких работ в определенном районе.

Вернуться к оглавлению

Особенности нагнетания

Рисунок 1. Схема процесса одноступенчатого цементирования.

Цементирование допустимо производить разными методами подачи смеси в затрубное пространство, более того, могут быть применены в процессе проведения работ и различные приспособления. Цементирование скважин может предполагать прямую подачу смеси, такая схема предполагает поступление цемента во внутреннее пространство обсадной колонны с последующим его прохождением непосредственно до башмака и дальнейшим поступлением в затрубное пространство, при этом поступление раствора производится снизу вверх. При обратной схеме закачка производится в обратном порядке, сверху вниз.

Если упоминать промышленные масштабы, то процесс цементирования, как правило, осуществляется с использованием прямой схемы.

Осуществление цементирования скважин при этом может производиться в один подход, в ходе которого требуемый объем для тампонирования смеси продавливается за один раз.

На рис. 1 можно увидеть изображение схем процесса одноступенчатого цементирования. «I» — старт подачи смеси в ствол. «II» — это подача смеси, нагнетаемой в скважину, когда раствор перемещается вниз по обсадной колонне, «III» — это старт продавливания тампонажного состава в затрубное пространство, «IV» — это заключительный этап продавливания смеси. На схеме 1 — манометр, который отвечает за контроль уровня давления; 2 — цементировочная головка; 3 — пробка, расположенная сверху; 4 — нижняя пробка; 5 — обсадная колонна; 6 — стены скважины; 7 — стоп-кольцо; 8 — жидкость, предназначенная для продавливания тампонажной смеси; 9 — буровой раствор; 10 — цементная смесь.

Схема цементирования с двумя пробками.

Двухступенчатое цементирование применяется, когда скважина имеет значительную глубину. Технологический процесс делится на поочередное заполнение отдельных интервалов посредством применения оборудования. Манжетное цементирование, в отличие от вышеперечисленных способов, предполагает защиту части ствола от прохождения тампонажной смеси. Манжета позволяет изолировать участок, располагающийся на протяженности продуктивного пласта. Скважина может иметь скрытые колонны и секции, их цементирование можно выделить в отдельную группу.

Осуществление цементирования скважин, независимо от выбранного метода проведения работ, преследует цель изгнания из затрубного пространства раствора, образованного бурением, что возможно путем помещения туда тампонажного раствора. Цементирование обеспечивает полное заполнение тампонажной смесью интервала ствола; устранение промывочной жидкости посредством проникновения цементной смеси в рамках интервала, предназначенного для цементирования; защиту тампонажной смеси от проникновения промывочной жидкости; образование цементного камня, который характеризуется значительной устойчивостью к разного рода воздействиям в виде глубинных нагрузок; отличное сцепление цементного камня со стенами скважины и с поверхностью обсадной колонны.

Если скважину качественно зацементировать, то это позволит во много раз увеличить долговечность глубинных сооружений и срок их эксплуатации. Цементирование можно произвести только при наличии специального оборудования.

Вернуться к оглавлению

Инструменты и материалы

Схема цементировочной головки.

  • цементировочные агрегаты, предназначенные для проведения затворения смеси и ее последующего продавливания под значительным давлением;
  • цементно-смесительное оборудование;
  • цементировочная головка для осуществления промывки ствола и дальнейшего цементирования его стен;
  • заливочные пробки для двухступенчатого цементирования;
  • краны высокого давления;
  • стальные гибкие шланги;
  • устройства, предназначенные для проведения распределения раствора.

Вернуться к оглавлению

Рекомендации специалистов

Цементируется скважина только раствором с тщательно подобранным составом, который будет зависеть от структуры грунтовых слоев. Для того чтобы более плотно была произведена цементация затрубного пространства, необходимо применять увеличивающийся в объеме раствор. Если скважина обустроена в толще пористой горной структуры, то при ее цементировании нельзя использовать обычный цементный раствор, так как он станет поступать в толщу геологической структуры, и это станет причиной большого перерасхода материала. По этой причине, если при предварительном геологическом обследовании были обнаружены пористые слои грунта, следует использовать смесь, которая имеет в составе волокнистый наполнитель на базе тростника, асбеста, бумаги и иных материалов волокнистого типа.

Схема заканчивания скважины открытым забоем.

Обычную цементно-песчаную смесь необходимо применять в случае обнаружения глинистой почвы, которая способна гарантировать надежное сцепление. Кроме того, жидкая смесь позволяет выполнить разобщение слоев грунта, то есть организуется хорошая межпочвенная герметизация.

Подготовительный этап цементирования должен предполагать не только выбор метода заполнения затрубного пространства и состава смеси, но и подготовку оборудования, что предусматривает проверку наибольшего рабочего давления и производительности подачи смеси.

Необходимо произвести качественную промывку скважины и самого затрубного пространства обычной водой, что позволит очистить пространство от буровых остатков почвы. Если пренебречь этим этапом, то это может стать причиной недостаточного заполнения смесью нужного пространства. В дальнейшем это приведет к перемещению почвы и повреждению обсадной трубы.

http://www.vseoburenii.ru/www.youtube.com/watch?v=ByJ-21mEp78

При подготовке тампонажной смеси следует обязательно добавить в нее коррекционные составляющие, которые станут регулировать пластичные характеристики смеси и сроки ее схватывания, так как процесс заполнения затрубного пространства предполагает трату значительного времени.

Для того чтобы гарантировать качественное заполнение пространства, при котором не будет повреждена сама скважина, период жизни тампонажной смеси минимум должен быть равен 3 часам, тогда как достижение им полной твердости должно осуществиться не позднее 72 часов.

http://www.vseoburenii.ru/www.youtube.com/watch?v=SFsfN1f8tWA

Для того чтобы цементировать скважину, оборудование можно установить на грузовых автомобилях. Стоит помнить, что цементирование будет проведено качественно, если в процессе осуществления работ будет использован квалифицированный труд, а также материалы, оборудование и инструменты, которые предназначены для выполнения поставленной задачи.

www.vseoburenii.ru


Смотрите также