Что такое тампонажный раствор
Udinart.ru

Строительный портал

Что такое тампонажный раствор

Тампонажный цемент: характеристики и применение

Этот строительный материал является разновидностью портландцемента. Состав предназначен для выполнения работ по изоляции скважин от давления грунтовых вод при добыче нефти и газа. Он обладает хорошими техническими и строительными характеристиками. Требования к такому цементу определены государственными стандартами 1581-96.

Состав

В состав тампонажного цемента входит измельченная основа клинкера с гипсом. Применяют и компоненты, которые воздействуют на определенные свойства материала. На рынке представлены различные подвиды раствора для нефтяных и газовых скважин:

  1. Песчанистые. В состав смеси входит кварцевый песок с гипсом. Соотношение компонентов для «холодных» скважин — 20%. Для «горячих» — 50%.
  2. Гигроскопический с добавкой триэтаноламина.
  3. Солестойкий. Применяется в местах с высокой концентрацией солей в грунтовых водах. Кварцевый песок, входящий в состав цементного раствора, предупреждает появление коррозии.
  4. Утяжеленный. При производстве перемешивают клинкер и утяжеляющие добавки: железную руду в форме магнетитов, гематитов, шпальтов.

В горячей скважине цемент затвердевает быстрее, характеризуется повышенной прочностью благодаря низкому проценту СзА.

По химико-минералогическому составу тампонажный цемент схож с портландцементом. Но минералогическая клинкерная основа на разных производствах отличается. Клинкеры для холодных скважин обладают следующими характеристиками:

  1. Высоким содержанием трехкальциевого силиката (57-60%) при низкой концентрации СзА (4-7%). Тонко измельченный клинкер обеспечивает высокую активность цемента на стадии отвердевания и необходимую скорость схватывания.
  2. Повышенным содержанием трехкальциевого алюмината (12-13%). Это способствует быстрое схватывание и затвердевание состава.

Тампонажный цемент, затворенный водой на 50%, дает подвижную пульпу, которую накачивают насосами в скважины. Нужно, чтобы твердый камень из портландцемента обладал высокой начальной прочностью. Чтобы регулировать сроки застывания, в состав включают гипс. Его дозировку подбирают исходя из компонентов клинкерной основы и степени помола.

Тампонажный портландцемент обладает рядом особенностей:

  • водостойкость — возможность застывания под водой;
  • сочетание с различными наполнителями;
  • быстрое затвердевание.

Вне зависимости от условий окружающей среды он сохраняет свою целостность и прочность длительное время.

Маркировка

На пакетах со строительным составом указаны обозначения типа: ПЦТ III-Об 5-100-ГФ ГОСТ 1581-96. По этим показателям определяется маркировка:

  • ПЦТ — портландцемент тампонажный;
  • III-Об — третий вид уплотнителя облегченного, вяжущего;
  • 5 — показатель прочности;
  • 100 — температура для укладки и использования, тип умеренный;
  • ГФ — гидрофобизированное вяжущее, устойчивое к влаге;
  • ГОСТ 1581-96 — стандарт, установленный государством.

Производство материала должно производиться строго по ГОСТу и техническому регламенту.

Параметры

Тампонажный цемент по своему составу классифицируются на различные виды:

  • песчанистые (П50);
  • с добавками (Д20);
  • без добавок (Д0);
  • с добавками (утяжеляющими или облегчающими), регулирующими плотность смеси.

По плотности цементного раствора выделяют:

  • утяжеленный (У);
  • облегченный (О);
  • с нормальной плотностью.

По температуре использования:

  • для высоких (150);
  • низких и нормальных (50);
  • умеренных (100).

По степени сульфатостойкости:

Производитель гарантирует соответствие портландцементов принятым государственным стандартам при соблюдении условий транспортировки и хранения в упаковке.

Основные технические характеристики

Свойства тампонажного портландцемента строго регламентированы государственным стандартом, которым должны руководствоваться производители вяжущей смеси.

Основными техническими показателям ТП по ГОСТу 26798.1-96 являются:

  • Удельная насыпная плотность — 800 -1200 кг/м.
  • Насыпная поверхность — 250-1500 м2/кг (зависит от тонкости помола, минералогического состава раствора и добавок, включенных в раствор).
  • Подвижность около 18-25 см при в/ц=0,5. Нижний уровень — 16 см, когда смесь сохраняет пластичность.
  • Водосодержание — 0,35 -0,4 (практически). Теоретически — 0,2 — 0,25. Чтобы получить пластичный раствор, нужно добиться 18 см расплыва материала по АзНИИ-конусу. Это означает, что для каждой партии цемента и раствора количество жидкости больше нормы.
  • Сроки схватывания на начальной стадии — не раньше 1 часа 45 минут. Окончание затвердевания — не позднее 10 часов.
  • Прочность — 27-62 кг/см2.
  • Усадка — не допускается.
  • Водоотделение — не больше 7,5-10 мл.

Указанные технические характеристики должны содержаться в сертификате наряду со сведениями о партии и дате изготовления.

Как и у обыкновенного, у тампонажного сохраняются все свойства в течение 6 месяцев. Активность раствора теряется при взаимодействии с влагой и контакте с открытым воздухом. Сроки затвердевания после затворения жидкостью зависят от температурного режима в скважине, количества натрия хлора, хлористого калия в составе смеси. Если температура выше 60 °С, диапазон колеблется от 10 минут до 10 часов. Если ниже — от 2 до 12 часов.

Области применения

Главное назначение строительного материала — тампонирование нефтяных и газовых скважин. При бурении температура горных пород сильно воздействует на статическое напряжение сдвига, водоотдачу и вязкость раствора для бурения. Чем больше температура горных пород, тем труднее удерживать заданные параметры на уровне. При серьезной разности температур требуется применение тампонажного портландцемента.

Процесс представляет собой заделку цементным раствором пространства между обсадной трубой и стенками. Когда состав затвердеет, полученная прослойка будет способствовать надежной защите от грунтовых вод. Заполнять свободное пространство можно частично или полностью, принимая во внимание параметры грунта.

Тампонажный цемент при жилом строительстве не применяется. Исключение — закладка буровых свай под фундамент в тяжелых условиях.

Применение

Тампонажный цемент не заливают вручную. Его закачивают с помощью насосов. Поэтому состав должен быть жидким — 1 часть воды на 2 части сухого порошка. Полученную субстанцию называют пульпой. Зазор между стволом скважины при глубине на сотни и тысячи метров должен быть 15-50 мм. Требования к цементному составу строгие: сохранение первоначальной подвижности при скорости поступления в шахту около 1,5 м/с. Когда процесс завершится, прочность будет возрастать.

Высокие показатели твердости обеспечиваются, если использован качественный цемент. Чтобы в этом убедиться, крошку просеивают через сито. Если порошка осталось на 3/4, то состав считается высококачественным.

Таким образом, тампонажный цемент — продукт, получаемый путем измельчения цементного клинкера гипса и различных добавок. Смесь используется для цементирования нефтяных и газовых скважин для защиты свободного пространства между обсадной колонной и стволом скважины от воздействия подземных вод. В сфере строительства его не применяют. Раствор реализуют навалом и в мягких мешках весом 50 кг.

Промывочные тампонажные растворы

Нефтяная скважина — это горная выработка округлого сечения, предназначенная для получения и транспортирования углеводородного полуфабриката из недр. Тампонажный промывочный раствор применяется в бурении для достижения увеличения срока функциональной пригодности скважины, наряду с технологическим процессом разобщения пластов обсадными колоннами.

Цементирование (тампонаж) нефтяной скважины

По мере увеличения глубины скважины требуется проводить цикл работ по укреплению стволового пути, включающий спуск обсадной колонны и тампонаж затрубного сектора. Так как в качестве тампонажного промывочного раствора обычно (но не всегда) применяются рабочие жидкости, содержащие цемент, этот технологический прием получил дублирующее название «цементирование скважины». Для дальнейшей успешной эксплуатации скважины процесс укрепления стенок цементированием и, в частности, качество образующегося цементного камня, играет первостепенную роль. Состав тампонажных промывочных растворов должен обеспечить:

  • безпустотное, сплошное заполнение зоны между обсадной колонной и стволовыми стенками забоя;
  • расчетную величину адгезии как со стенками обсадных труб, так и со стволовой поверхностью скважины;
  • изоляцию и разобщение продуктивных и проницаемых пластов;
  • защиту затрубного пространства от проникновения нефти и (или) газонефтяной смеси под воздействием избыточного пластового давления;
  • укрепление обсадной колонны в толще разрабатываемой породы;
  • антикоррозийную протекцию металлических частей обсадной колонны от окислительного разрушения межпластовыми водами;
  • частичную разгрузку буровой колонны от экстернального давления.

Ввиду того, что цементный камень не подлежит замене и должен обеспечить надежное функционирование скважины во все время эксплуатации цементирование колонны необходимо выполнять в строгом соответствии с разработанными техническими регламентами, обеспечивая наличие и использование качественных тампонажных реагентов.

Цементирование колонны включает в себя цикл работ по приготовлению промывочного тампонажного раствора и нагнетании его в скважину, в затрубный промежуток. Во время проведения работ ведется постоянный контроль за параметрами промывочного тампонажного раствора и его соответствия технологическим характеристикам. После проведения цементажа скважины, через время, требующееся для затвердевания раствора, проводится исследование качества выполненных работ и, при соответствии цементного камня расчетным технологическим параметрам, процесс цементирования объекта считается законченным.

Портландцемент — основа тампонажного промывочного раствора

В качестве цементирующей составляющей промывочных тампонажных растворов используются портландцементы и доменные шлаки.

Портландцемент — это сыпучий материал с вяжущими свойствами, получаемый в результате одновременного размола гипса, клинкера и (или) гранулированных доменных шлаков. При этом количество гипса в полученной смеси регламентируется в пределах 1,5-3,5%. Портландцементные тампонажные смеси обладают способностью затвердевания и превращения в минеральное соединение, характеризующееся повышенной механической прочностью, через некоторое время после разведения компонентов в воде. Цементный камень образуется в результате реакций гидратации и гидролитической диссоциации клинкерных элементов (кальциевых алюминатов, алюмоферритов, силикатов). Таким образом именно минеральный состав клинкера играет главную роль при протекании химических реакций, определяющих скорость затвердевания промывочного тампонажного раствора и финишных функциональных свойствах полученного бетона.

Читать еще:  Как просверлить отверстие в бетоне

На месторождениях с АВПД (аномально высоким давлением) работы по цементажу скважин производятся многоступенчатым методом, при этом плотность бурового тампонажного раствора увеличивают до максимально возможной величины. Помимо этих технологических приемов, во избежание заколонных нефтегазоводопроявлений, используют седиментационноустойчивые тампонажные компоненты, обеспечивающие ускоренное «схватывание» цементной смеси. В результате обработки стенки скважины успешно противостоят проницаемости пластов.

Добавки, улучшающие свойства тампонажных растворов

Для улучшения рабочих характеристик промывочного тампонажного раствора в качестве дополнительно используемых добавок используются:

  • хлористый кальций и карбонат натрия. Применяются для сокращения сроков схватывания бетона. Добавление ускорителей в воду или в сухие компоненты позволяет получить БСС (быстросхватывающиеся смеси), которые используются при температуре скважины в пределах до 50-65°С. БСС с расширительными свойствами получают, добавляя к исходному сырью до 10-30% гипсоглиноземистого цемента. БСС на основе пуццолановых цементов отличаются низкой плотностью и высоким порогом интенсивности загустевания;
  • гипс. Добавление гипса позволяет сократить срок твердения, в результате чего высокопрочный камень получается уже через 3-4 часа после закачки промывочного тампонажного раствора. Чтобы процесс схватывания не начался уже в бурильных трубах, в них специально добавляются замедлители процесса. Гипсо-цементные тампонажные суспезии гораздо более стойки к разбавлению водой, чем обычные цементные и применяются при наличии водяных пропластков;
  • бентонит, применение которого увеличивает стартовую подвижность промывочного тампонажного раствора, что оптимизирует работу по закачке, особенно при необходимости применения высокой плотности цементирующего материала. Глиноцементные смеси обеспечивают стабильную вязкость рабочего материала во время продавливания его в зону поглощения, после чего происходит резкое увеличение параметра и наступление периода пластической прочности. Для улучшения характеристик бентонитовых смесей и нивелирования воздействия пластовых вод до начала твердения возможно добавление в раствор натриевого или калиевого силиката, в количестве 3-10% от массы цемента ;
  • цементно-смолистая композиция (ЦСК) с использованием пластификатора ТЭГ-1 (эпоксидной алифатической смолы). Смола представляет собой вязкую жидкость желтого цвета, способную растворяться в воде. Используется при наличии осложнения скважины в виде близкорасположенных водоносных пластов;
  • углеводородные добавки (дизельное топливо, добавляемое в количестве 30%). Соляро-цементные смеси используют при необходимости закачки раствора на большую глубину. Цементная составляющая инертна к углеводородам и раствор приобретает вязкость и пластическую прочность только после замещения дизтоплива водой. Для усиления прочности бетона и снижения материальных затрат допускается введение в массу до 50% кварцевого песка.

Общим недостатком практически всех цементных смесей является низкая коррозионная стойкость полученного цементного камня, усадка его во время дальнейшей эксплуатации и возможность проникновения вод через поры.

Комбинированные полимерно-цементные растворы

Комбинированные растворы получаются путем сочетания в тампонажном растворе цементной суспензии и раствора полиакриламида или гипана. Для приготовления комбинированной смеси используются следующая пропорция компонентов:

  • ¾ тампонажный цемент;
  • ¾ вода в соотношении 60% от массы сухого цемента;
  • ¾ хлористый кальций (2,5-5%);
  • ¾ полиакриламид (0,15-0,20%).

Из-за высокой вязкости полиакриламид предварительно разводят до концентрации трехпроцентного раствора и вводят в цементную массу непосредственно в буровых трубах, чтобы избежать преждевременного схватывания.

Тампонажные растворы на основе «Ультрацемета»

Цемент тампонажный

разновидность портландцемента с повышенными требованиями к минералогическому составу клинкера

Тампонажный цемент — это разновидность портландце­мента с повышенными требованиями к минералогическому составу клинкера.

Используется при разведочном и эксплуатационном бурении неф­тяных и газовых скважин, и при капитальном ремонте скважин (КРС) для цементи­рования нефтяных скважин, целью которого является изолиро­вание продуктивных нефтеносных слоев от водоносных, а также отделение нефтеносных слоев друг от друга при многопластовых залежах нефти.

Цементирование (там­понирование) — важная операция техпроцесса бурения; качество цементирования часто определяет эффективность эксплуатации скважины, а при разведочном бурении — возможность правильной оцен­ки запасов продуктивных нефтеносных слоев в исследуемом месторождении.

Замес и заливку раствора производя механическим способом, подача в скважину осуществляется насосной установкой.

Операция цементирования скважины:

— опускание в скважину ко­лонны обсадных стальных труб разного диаметра;

— заполнение образовавшегося кольцевого пространство между стенками скважины и наружным диаметром труб быстротвердеющим цементным раствором.

Методы цементирования скважин:

— цементирование через заливочные трубы при ремонтных работах,

— мно­гоступенчатая заливка и тд.

Многообразие методов связано с особенностями место­рождений, характером расположения про­дуктивных и водоносных слоев, структуры коллекторов и др.

Прямое цементирование — наиболее распространенный метод:

— колонну стальных труб опускают на рассчи­танную глубину и подвешивают;

— через колонну подается глинистый раствор для промывки сква­жин перед цементированием;

— спуск колонны после промывки на нижнюю пробку с цент­ральным отверстием, закрытие стеклянной пластиной. Пробка плотно прилегает к стенкам труб;

— на опу­щенную пробку в колонну быстро накачивается с по­мощью цементировочных агрегатов цементный раствор в заранее рассчитанном объеме, после чего туда опуска­ют верхнюю глухую пробку;

— на верхнюю проб­ку накачивается под большим давлением глинистый раствор, в результате чего цементный раствор, заклю­ченный между нижней и верхней пробкой, движется вниз;

— когда нижняя пробка достигает заранее установ­ленного на обсадных трубах упорного кольца, повышается давление, и стекло нижней пробки раз­давливается;

— цементный раствор через образовавшее­ся отверстие проходит в забой и в затрубное кольцевое пространство, выдавливая находивший­ся в скважине после бурения глинистый раствор;

— когда верхняя пробка садится на нижнюю, что заметно по резкому повышению давления па манометре (устье скважины), движение глинистого раствора приостанав­ливается.

— после проверки высоты подъема цементного раст­вора в затрубном пространстве скважину оставляют в покое примерно на 18 час ( реже 48 час) до полного затверде­вания цемента. Зазор между стенкой скважины и на­ружным диаметром обсадных труб, заполненный це­ментным раствором, составляет примерно 15-50 мм;

— по истечении установленного срока твердения це­ментного раствора обсадную колонну испытывают на герметичность путем «опрессовки», при этом допускает­ся снижение давления на 0,5 МПа за 30 мин;

— после окончания этих операций и приобретения цементом не­обходимой прочности вскрывают продуктивный нефте­носный слой путем дальнейшего пробуривания цемент­ного камня на забое, либо пробивают отверстия, по ко­торым в скважину поступает нефть. Это осуществляет­ся с помощью пороховых либо торпедных перфораторов через стенки труб и прилегающий к ним цементный ка­мень. В результате перфорации в цементном камне об­разуются отверстия, по которым в колонну поступает нефть после понижения уровня жидкости в скважине при давлении ниже пластового давления нефти.

Особенности процесса цементирования:

— глинистый раствор отрицательно влияет на твердение цемента при их смешивании, ког­да цементный раствор проходит в затрубное простран­ство.

— перфорация цементного камня в скважине также влияет на его прочность, снижая ее в зависимости от многих факторов, в тч от вида перфорации пулевой или торпедной.

— скорость подъема цементного раствора в затрубном пространстве при це­ментировании должна составлять не менее 1,5 м/сек, что способствует лучшей очистке сте­нок скважины от глинистой корки и образованию более стойкого цементного кольца.

— нужно точно контролировать объемы цементного раствора и продавочной жидкости, закачиваемых в колонну, и изменение давления раствора. Экзотермия цемента способствует повышению этого давле­ния.

Условия службы тампонажного цемента в скважинах:

— осмотр и точное обследование состояния скважины невозможны, что затрудняет изуче­ние цемента в условиях службы;

— по мере углубления нефтяной скважины в ней повышаются температура и давление, что влияет на процесс цементи­рования и качество получаемого цементного камня. Повышение температуры с глубиной бурения неодинаково в разных нефтяных месторожде­ниях. При измерении тем­пературы в ряде скважин, значение геотер­мического градиента составило 16,5-18,3 м/град. Диапазон колебаний объясняется различной силой притока верхних и нижних вод, причем температура нефтяных пластов всегда ниже темпе­ратуры водоносных. В США на некоторых скважинах при глубине примерно 7 тыс м температура на забое до­ходила до 473 К при давлении 12,5 МПа.

— в скважине создается высокое давление в результа­те напора воды, газов, нефти, которое при повышенной температуре влияет на сроки схватывания цементного раствора и формирование цементного камня. Условия для твердения цемента в скважине сложные. Коллекторы имеют различную пори­стость, трещинноватость и кавернозность. Избы­точное давление, испытываемое пластом в результате гидростатического давления, создаваемого столбом промывочной жидкости, увеличивает естественные тре­щины в породе и может привести к уходу глинистого, а затем и цементного раствора при цементировании им скважины. При гидравли­ческом разрыве пласта (ГРП), переток пластовых вод с верхних па нижние водоносные горизонты — обычное явление. Бывают случаи обезвоживания цементного раствора из-за отсоса воды пористыми пластами породы.

Пластовые воды на многих месторождениях имеют высокую концентрацию солей.

Хлоркальциевые, хлормагниевые, сульфатно-натриевые, сульфатно-сульфидные воды оказывают коррозионное воздействие на цементный камень, осо­бенно при повышенных температурах и давлении, когда возможна существенная водопроницаемость це­ментного кольца.

Еще более влияет на условия службы в газовых скважинах происходящая после окончания цементиро­вания диффузия газа из пласта в скважину, часто вызывающая выбросы и фонтаны.

1 е опыты крепления обсадных труб для изоля­ции нефтяного пласта от водоносного путем цементиро­вания портландцементным раствором были выполнены в 1907-1908 гг и дали положительные результаты в сравнительно неглубоких скважинах.

Читать еще:  Тощий бетон что это такое

Портландцемент того времени характеризовался сравнительно медленным схватыванием, низкой прочностью и грубым помолом, поэтому приходилось долго «выжидать», пока цемент­ный камень приобретет необходимую прочность.

Для ускорения процесса тверде­ния цемента использовался более тонкий помол цемента.

Важнейшие требованияе к качеству тампонажного цемента:

-цементный раствор (шлам) должен обладать достаточной текучестью, обеспечивающей возможность быстрого его закачивания в колонну труб, а затем продавливания в затрубное пространство:

— раствор должен оставаться подвижным определенное время, пока идет цементирование. Это достигается при ВЩ — 0,4-0,5. В зависимости от температуры скважины дифференци­руются сроки схватывания цемента.

— тампонажный цемент должен характеризоваться необходимой прочностью в первые 2 суток тверде­ния. Прочность затвердевшего цементного раствора в краткие сроки твердения должна обеспечить закрепле­ние колонны в стволе скважины, необходимую ее устой­чивость при разбуривании и перфорации, эффективную изоляцию от проницаемых пород. Прочность должна составлять не ме­нее 2,3 МПа и приближаться к 3,5 МПа при коэффи­циенте запаса прочности в 2-5.

— вязкость цементного раствора, характеризующая его текучесть. Цемент дол­жен обеспечить получение раствора хорошей текучести и оставаться подвижным в течение времени, необходи­мого для его закачки и вытеснения в затрубное прост­ранство при температуре и давлении, соответствующих дайной глубине. После закачки в скважину цементный раствор должен в кратчайший срок приобретать соот­ветствующую прочность и сохранять ее .

— цементный камень должен быть стоек по отношению к агрессивным пластовым водам на глубоких горизон­тах и водонепроницаемым, чтобы защитить продуктив­ные нефтяные пласты от пластовых вод и обсадную ко­лонну от проникновения корродирующих жидкостей, со­держащих большое количество различных солей, а за­частую и сероводород. В начальный период твердения цементный камень должен быть достаточно пластич­ным, чтобы при перфорации скважин в нем не образо­вались трещины, и вместе с тем достаточно долговеч­ным в условиях, когда ему приходится противостоять воздействию не только агрессивных пластовых вод, но и высокой температуры и давления. Необходимо учиты­вать и водоотдачу, которая вполне возможна при нали­чии проницаемых пластов, отсасывающих часть воды из цементного раствора. Это заметно снижает водоцементиое отношение, что влияет на вязкость и сроки схватывания цемента. Кроме того, серьезное значение имеет газопроницаемость цементного камня, особенно в газовых скважинах.

Цемент 1 й разновидности не может удовлетво­рять всем требованиям, связанным с различными усло­виями его работы в скважинах, поэтому цементная промышленность выпускает 2 основных ис­ходных вида тампонажного цемента:

— цемент, пред­назначенный для цементирования «холодных» скважин до 40 о С(295К);

— цемент, пред­назначенный для цементирования «горячих» скважин свыше 40 о С(348 К).

Требования к цементам для «холодных» и «горячих» скважин высоки. Стандарт регламентирует же­сткие пределы для сроков схватывания: начало не ра­нее 2 ч для применения цементов в «холодных» скважи­нах и не ранее 1 ч 45 мин для «горячих» скважин.

Ко­нец схватывания после затворения должен наступать в цементе для «холодных» скважин не позднее 10 час и в цементе для «горячих» скважин — не позднее 5 час.

Это время необходимо для того, чтобы успеть закачать це­ментный раствор в скважину и продавить его на нуж­ную высоту в затрубное пространство.

Предел прочно­сти при изгибе призм 4X4X16 см из цементного теста с В/Ц=0,5 должен составлять через 2 суток — при холодных скважинах-2,7 МПа, при горячих через 1 сутки — 3,5 МПа. Цементное тесто должно обладать такой растекаемостью, при которой расплыв образца в виде конуса из этого теста был бы не менее 180 мм.

К тампонажным цементам предъявляются такие же требования в отношении допустимого содержания SO3 и MgO, а также по тонкости помола и равномерности изменения объема, что и к портландцементу.

К клинке­ру цемента для «холодных» скважин при измельчении можно добавлять: гранулированный доменный шлак (не более 20%), активные минеральные добавки (не более 12% массы цемента) или инертные добавки (не более 10%)-кварцевый песок или кристаллический известняк, в тч должен содержать повышенное количество трехкальциевого алюмината 10 — 13%, алита — до 50% для обеспечения нужной скорости схватывания раствора и повышенного уровня прочности его на ранних сроках твердения, а также повышенное содержание трехкальциевого силиката 57 — 60% в сочетании с пониженным содержанием СзА 4 — 7%, дози­ровка гипса повышенная 3-3,5% so3, что обеспечивает требуемую скорость схватывания, высокую активность цемента на ранних сроках твердения.

Тампонажный цемент для «холодных» скважин изготавливают главным образом путем тонкого помола (до удельной поверхности 3000-3500 cм 2 / 1 г клинкера).

Качественный тампонажный цемент должен быть так тонко помелен, чтобы во время просеивания его через сито № 008 не меньше 25% веса пробы проходило.

В целях замедления схватывания тампонажный це­мент для «горячих» скважин должен быть преимущест­венно низкоалюминатным. Он предназначается для службы при температуре примерно 348 К — Выпускают­ся тампонажные цементы, которые содержат 3-4% С3А н пригодны как для «холодных», так для «горячих» скважин. Однако эти стандартизованные цементы не всегда позволяют обеспечить качественное цементиро­вание нефтяных и газовых Скважин, пробуриваемых зачастую в разнообразных сложных условиях. Так, на­пример, часто в глубоких и сверхглубоких скважинах температура на забое бывает выше 348 К, доходит и до 473 К при давлении до 70 МПа.

В скважинах многих нефтяных районов пластовые воды оказывают на цемент сильное корродирующее действие, цементный раствор поглощается трещинова­тыми или дренированными пластами. Для цементирова­ния скважины в таких условиях необходимы цементные растворы с плотностью, превышающей плотность про­мывочного глинистого раствора.

В других случаях тре­буются, наоборот, цементные растворы с пониженной плотностью для того, чтобы поднять цементный раствор па большую высоту. Специфические условия создаются в газовых скважинах, в которых наблюдается прорыв газа через цементное кольцо и резьбовое соединение об­садной трубы п др.

Для службы в таких специфических условиях разработаны специальные виды тампонажных цементов, эффективность которых подтверждена на практике (ГОСТ 1581-96), но производство ограничено.

Тампонажный цемент: характеристики и применение

Этот строительный материал является разновидностью портландцемента. Состав предназначен для выполнения работ по изоляции скважин от давления грунтовых вод при добыче нефти и газа. Он обладает хорошими техническими и строительными характеристиками. Требования к такому цементу определены государственными стандартами 1581-96.

Состав

В состав тампонажного цемента входит измельченная основа клинкера с гипсом. Применяют и компоненты, которые воздействуют на определенные свойства материала. На рынке представлены различные подвиды раствора для нефтяных и газовых скважин:

  1. Песчанистые. В состав смеси входит кварцевый песок с гипсом. Соотношение компонентов для «холодных» скважин — 20%. Для «горячих» — 50%.
  2. Гигроскопический с добавкой триэтаноламина.
  3. Солестойкий. Применяется в местах с высокой концентрацией солей в грунтовых водах. Кварцевый песок, входящий в состав цементного раствора, предупреждает появление коррозии.
  4. Утяжеленный. При производстве перемешивают клинкер и утяжеляющие добавки: железную руду в форме магнетитов, гематитов, шпальтов.

В горячей скважине цемент затвердевает быстрее, характеризуется повышенной прочностью благодаря низкому проценту СзА.

По химико-минералогическому составу тампонажный цемент схож с портландцементом. Но минералогическая клинкерная основа на разных производствах отличается. Клинкеры для холодных скважин обладают следующими характеристиками:

  1. Высоким содержанием трехкальциевого силиката (57-60%) при низкой концентрации СзА (4-7%). Тонко измельченный клинкер обеспечивает высокую активность цемента на стадии отвердевания и необходимую скорость схватывания.
  2. Повышенным содержанием трехкальциевого алюмината (12-13%). Это способствует быстрое схватывание и затвердевание состава.

Тампонажный цемент, затворенный водой на 50%, дает подвижную пульпу, которую накачивают насосами в скважины. Нужно, чтобы твердый камень из портландцемента обладал высокой начальной прочностью. Чтобы регулировать сроки застывания, в состав включают гипс. Его дозировку подбирают исходя из компонентов клинкерной основы и степени помола.

Тампонажный портландцемент обладает рядом особенностей:

  • водостойкость — возможность застывания под водой;
  • сочетание с различными наполнителями;
  • быстрое затвердевание.

Вне зависимости от условий окружающей среды он сохраняет свою целостность и прочность длительное время.

Маркировка

На пакетах со строительным составом указаны обозначения типа: ПЦТ III-Об 5-100-ГФ ГОСТ 1581-96. По этим показателям определяется маркировка:

  • ПЦТ — портландцемент тампонажный;
  • III-Об — третий вид уплотнителя облегченного, вяжущего;
  • 5 — показатель прочности;
  • 100 — температура для укладки и использования, тип умеренный;
  • ГФ — гидрофобизированное вяжущее, устойчивое к влаге;
  • ГОСТ 1581-96 — стандарт, установленный государством.

Производство материала должно производиться строго по ГОСТу и техническому регламенту.

Параметры

Тампонажный цемент по своему составу классифицируются на различные виды:

  • песчанистые (П50);
  • с добавками (Д20);
  • без добавок (Д0);
  • с добавками (утяжеляющими или облегчающими), регулирующими плотность смеси.

По плотности цементного раствора выделяют:

  • утяжеленный (У);
  • облегченный (О);
  • с нормальной плотностью.

По температуре использования:

  • для высоких (150);
  • низких и нормальных (50);
  • умеренных (100).

По степени сульфатостойкости:

Производитель гарантирует соответствие портландцементов принятым государственным стандартам при соблюдении условий транспортировки и хранения в упаковке.

Читать еще:  Как правильно залить пол в гараже

Основные технические характеристики

Свойства тампонажного портландцемента строго регламентированы государственным стандартом, которым должны руководствоваться производители вяжущей смеси.

Основными техническими показателям ТП по ГОСТу 26798.1-96 являются:

  • Удельная насыпная плотность — 800 -1200 кг/м.
  • Насыпная поверхность — 250-1500 м2/кг (зависит от тонкости помола, минералогического состава раствора и добавок, включенных в раствор).
  • Подвижность около 18-25 см при в/ц=0,5. Нижний уровень — 16 см, когда смесь сохраняет пластичность.
  • Водосодержание — 0,35 -0,4 (практически). Теоретически — 0,2 — 0,25. Чтобы получить пластичный раствор, нужно добиться 18 см расплыва материала по АзНИИ-конусу. Это означает, что для каждой партии цемента и раствора количество жидкости больше нормы.
  • Сроки схватывания на начальной стадии — не раньше 1 часа 45 минут. Окончание затвердевания — не позднее 10 часов.
  • Прочность — 27-62 кг/см2.
  • Усадка — не допускается.
  • Водоотделение — не больше 7,5-10 мл.

Указанные технические характеристики должны содержаться в сертификате наряду со сведениями о партии и дате изготовления.

Как и у обыкновенного, у тампонажного сохраняются все свойства в течение 6 месяцев. Активность раствора теряется при взаимодействии с влагой и контакте с открытым воздухом. Сроки затвердевания после затворения жидкостью зависят от температурного режима в скважине, количества натрия хлора, хлористого калия в составе смеси. Если температура выше 60 °С, диапазон колеблется от 10 минут до 10 часов. Если ниже — от 2 до 12 часов.

Области применения

Главное назначение строительного материала — тампонирование нефтяных и газовых скважин. При бурении температура горных пород сильно воздействует на статическое напряжение сдвига, водоотдачу и вязкость раствора для бурения. Чем больше температура горных пород, тем труднее удерживать заданные параметры на уровне. При серьезной разности температур требуется применение тампонажного портландцемента.

Процесс представляет собой заделку цементным раствором пространства между обсадной трубой и стенками. Когда состав затвердеет, полученная прослойка будет способствовать надежной защите от грунтовых вод. Заполнять свободное пространство можно частично или полностью, принимая во внимание параметры грунта.

Тампонажный цемент при жилом строительстве не применяется. Исключение — закладка буровых свай под фундамент в тяжелых условиях.

Применение

Тампонажный цемент не заливают вручную. Его закачивают с помощью насосов. Поэтому состав должен быть жидким — 1 часть воды на 2 части сухого порошка. Полученную субстанцию называют пульпой. Зазор между стволом скважины при глубине на сотни и тысячи метров должен быть 15-50 мм. Требования к цементному составу строгие: сохранение первоначальной подвижности при скорости поступления в шахту около 1,5 м/с. Когда процесс завершится, прочность будет возрастать.

Высокие показатели твердости обеспечиваются, если использован качественный цемент. Чтобы в этом убедиться, крошку просеивают через сито. Если порошка осталось на 3/4, то состав считается высококачественным.

Таким образом, тампонажный цемент — продукт, получаемый путем измельчения цементного клинкера гипса и различных добавок. Смесь используется для цементирования нефтяных и газовых скважин для защиты свободного пространства между обсадной колонной и стволом скважины от воздействия подземных вод. В сфере строительства его не применяют. Раствор реализуют навалом и в мягких мешках весом 50 кг.

Применение тампонажного цемента, его классификация и маркировка

Одним из уникальных подвидов портландцемента является тампонажный цемент. Он используется в тампонажных работах, цель которых — исключить влияние агрессивных газов и сред на трубы при бурении скважин, снизить давление на них и гарантировать их безопасную эксплуатацию.

Особенности и состав

К специфическим особенностям тампонажного цемента можно отнести такие его свойства, как:

  • Быстрый период затвердевания, при том, что достаточно долгое время перемешанная с водой смесь сохраняет свои подвижные и вязкие свойства;
  • Устойчивость к воздействию влаги — затвердевает даже в воде;
  • Совмещение с различными добавочными веществами.

Тампонажный цемент прочен и целостен длительное время, независимо от влияния вредных окружающих сред.

Основной состав строительного материала представлен измельченным клинкером и гипсом. Также для воздействия на те или иные свойства применяют минеральные добавочные вещества. Для цементирования буровых скважин при нефте- и газодобыче производятся разные виды растворов, а именно:

  1. Гигроскопический. К основной смеси добавляют триэтаноламин.
  2. Утяжеленный. В клинкеро-гипсовую основу вводят утяжеляющие добавки, одной из которых могут быть железорудные минералы (тяжелые шпальт, гематит, магнетит).
  3. Песчанистый. Основной состав смешивают с гипсом и кварцевым песком, при этом соотношение компонентов должно быть для использования в горячих скважинах не больше 50% и менее 20% в холодных.
  4. Солестойкий. В раствор добавляют кварцевый тонкоизмельченный песок, противостоящий коррозии, которая образуется в результате воздействия на трубы грунтовых вод с высокой концентрацией соли.

Кроме обычного тампонажного портландцемента производят сульфатостойкую смесь, которая не поддается воздействию агрессивной среды, долговечный низкогигроскопичный цемент, а также волокнистую смесь для прочного цементирования путей утечки раствора.

Технические характеристики

Тампонажный цемент характеризуется следующими техническими параметрами:

  • Быстрым периодом загустения цементного раствора – не более 90 ед. консистенции;
  • Расслоением затвердевшей массы либо водоотделением: для холодной — в пределах 3,5%, для горячей — около 4%;
  • Малым объемом растекаемости раствора – максимум 0,4 см;
  • Началом затвердевания – не более 120 минут (после затворения);
  • Окончанием затвердевания – для холодного материала – не более 18 часов и для горячего — не более 8 часов (после затворения).

Помимо этого, нормируется также тонкость измельчения клинкера и лимит прочности на изломе макета из затвердевшей смеси.

Классификация и маркировка

Строительный материал можно классифицировать в зависимости от следующих критериев:

  1. Состав цементного вещества:
  • I — без добавок;
  • I-G — без добавок, с нормой требования соотношения воды и цементной смеси — 0,44;
  • I-H — без добавок, с нормой требования соотношения воды и цементной смеси — 0,38;
  • II — с минеральными добавками;
  • III — с добавлением специальных веществ, которые регулируют плотность цемента.
  1. В свою очередь, портландцемент тампонажный III-го типа делится по плотности:
  • Ут — утяжеленного типа;
  • Об — облегченного типа.
  1. Температура использования цементного теста:
  • в пределах 15°С — 50°С — низкие и нормальные температуры;
  • от 51°С до 100°С — умеренные;
  • от 101°С до 150°С — повышенные.
  1. Степень противостояния разрушающим действиям сульфат-ионов:
  • типы I, II, III — СС — сульфатоустойчивые и обычные (так как нормы по поводу сульфатоустойчивости не фиксируются);
  • типы I-G и I-H — СС-1 — с высокой степенью противостояния сульфатам и СС-2 — с умеренной степенью сульфатопротивостояния.

Маркировка материала включает:

  • Буквенное обозначение: ПЦТ — портландцемент тампонажный;
  • Тип — I (I-G, I-H), II, III;
  • Сульфатостойкость — СС, СС-1, СС-2;
  • Среднюю плотность для III-го — Об, Ут;
  • Максимальную температуру использования вещества — 50, 100, 150 °С;
  • Пластификацию, либо гидрофобизацию цемента — ПЛ либо ГФ;
  • Обозначение госстандарта.

Пример маркировки и ее расшифровка

Марка ПЦТ II-СС-50 ГОСТ 1581-96 означает, что эта смесь называется тампонажным портландцементом, в состав которого входят минеральные добавки. Это вещество с сульфатоустойчивыми параметрами, используется при температурах в диапазоне от низкой до нормальной.

Область и технология применения

Отличительной особенностью тампонажного цемента является высокая степень крепости с самого начала затвердения. Это качество и обусловило главную сферу применения данного материала — цементирование (либо тампонирование) нефтегазовых скважин при одновременном вытеснении буровой смеси. В жилищном строительстве этот вид цемента не применяется. Исключение составляет установка буровых свай в сложных условиях.

Тампонажный цемент закачивается насосами, поэтому раствор используют в достаточно жидком виде: к сухой цементной смеси добавляется вода в пропорции 2:1. После затворения большими объемами жидкости цемент преобразуется в подвижную массу, именуемою пульпой, ее и закачивают в скважину. По окончании этапа транспортировки масса затвердевает и становится безусадочным плотным монолитом, который хорошо скреплен со стенками ствола скважины и обсадной трубой.

Полученный слой надежно защищает от грунтовых вод, либо сдвижек пластов разной плотности. Учитывая свойства грунта, заполнение бывает либо полным, либо частичным. Кроме обеспечения защиты, тампонажный цемент может сократить глубину и укрепить дно скважины, а также ликвидировать повреждения на обсадных колоннах.

Подбор каждой конкретной марки ПЦТ осуществляется с учетом условий использования и глубины скважины. Бурение на болоте или в песчаном грунте, либо закладка скважин глубже 2000 м предполагает применение облегченных видов (в данной ситуации — рекомендована марка ПЦТ-III-об-5-100).

Важное значение при работе с ПЦТ имеет температура в шахте. При высокой температуре, пульпа затвердевает в период от 90 минут до 10 часов. Более горячая температура способствует быстрейшему схватыванию раствора. При использовании в холодной скважине (либо если материал применяется для гидроизоляции при возведении сооружений зимой) затвердение начинается по истечении 120-180 минут и может завершиться через двадцать часов. Более длительный период застывания у солестойкого цемента.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector