Автор: Особенности тампонажного цемента
Раствор для тампонажных работ приготавливают из цемента со специфическими свойствами. Материал:
- имеет тонкий помол;
- затвердевает в короткие сроки, при этом смесь цемента с водой долго сохраняет текучесть, что позволяет ее свободно закачивать;
- схватывается и затвердевает, несмотря на контакт с водой;
- совместим с разнообразными добавками.
Монолитная конструкция, выполненная из тампонажного раствора, на протяжении многих лет сохраняет целостность и не теряет прочности благодаря устойчивости к влиянию окружающих сред, в том числе агрессивных.
Cостав
Основой для производства тампонажного цемента служит измельченный клинкер (от 80%) и гипс (2-3,5%). К ним добавляются различные минеральные вещества для приготовления рабочих смесей с заданными свойствами. Применяется несколько видов тампонажных растворов:
- Гигроскопический. Добавкой служит триэтаноломин.
- Песчанистый. К основному составу добавляют гипс, кварцевый песок.
- Утяжеленный. В число утяжеляющих добавок входят железнорудные минералы (магнетит, гематит, шпальт).
- Солестойкий. Тонкоизмельченный кварцевый песок, добавленный в раствор, позволяет создать материал, защищающий трубы от коррозии под воздействием грунтовых вод с высоким содержанием соли.
К специальным тампонажным портландцементам относят сульфатостойкую смесь, устойчивую к агрессивным средам.
В сложных геологических условиях, в том числе если в разрезе имеются пласты поглощающие или склонные к гидроразрыву, цементирование глубоких скважин осуществляется с использованием облегченных растворов. Облегченный тампонажный цемент изготавливается путем введения добавок, снижающих плотность состава – золы, трепела, диатомита, алюмосиликатных микросфер и т.д.
Читайте также: Крепление деревянных стоек к бетонному основанию. Секреты установки деревянных столбов
Еще ниже плотность легких тампонажных цементов, предназначенных для работ на большой глубине и для ремонта разрушенных участков оболочки. Такие материалы проще закачивать, они обладают высокой адгезией и хорошо сцепляются со старой цементной оболочкой трубы, способны заполнять пустоты и трещины. Добавками служит каолин, полые алюмосиликатные микросферы и т.д.
Отличие тампонажного и расширяющегося цемента. При цементировании скважин в пористых и рыхлых горных породах требуется создать оболочку из цементного камня, не склонного к усадке.
Расширяющийся цемент содержит добавки, благодаря которым в цементном растворе происходят химические реакции с образованием кристаллических продуктов. Таким образом, раствор в процессе застывания увеличивается в объеме, при этом получившийся камень имеет плотную структуру. Обычные тампонажные цементы не расширяются при твердении.
Изобретение относится к области строительства скважин, в частности к тампонажным растворам для цементирования обсадных колонн, а также хвостовиков дополнительных стволов нефтяных и газовых скважин.
Известны расширяющиеся тампонажные растворы (материалы) из расширяющихся цементов, а также тампонажные растворы, содержащие портландцемент тампонажный и порошок магнезитовый каустический [Данюшевский B.C., Алиев P.M., Толстых И.Ф. Справочное руководство по тампонажным материалам. — М.: Недра, 1987, с. 161-162. Каримов Н.Х., Данюшевский B.C., Рахимбаев Ш.М. Разработка рецептур и применение расширяющихся тампонажных цементов. Обз. информ. Сер. «Бурение». М.: ВНИИОЭНГ, 1980, с. 23].
Недостатками известных составов являются незначительное расширение тампонажного раствора и камня и низкая прочность контакта тампонажного камня с металлом обсадных труб и горными породами.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является расширяющийся тампонажный раствор с регулируемыми технологическими свойствами, содержащий жидкость затворения — воду, и основу, состоящую из портландцемента тампонажного, понизителя показателя фильтрации — гидроксиэтилцеллюлозы, пластификатора — поликарбоксилата, пеногасителя, расширяющей добавки, ускорителя времени загустевания и сроков схватывания — хлорида кальция. Основа дополнительно содержит алюмосиликатную пуццолановую добавку метакаолин, а в качестве расширяющей добавки — продукт совместного помола отхода доменного шлака и негашеной извести ДРС-НУ среднего химического состава, мас.%: CaO+MgO — 72-91; SiO2 — 7-23; Al2O3 — 0-4; Fe2O3 — 0-2,5; прочие примеси — 0-4,5; в качестве пеногасителя основа содержит полигликоль ПЛАСТЭК ПГ-07, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| а содержание воды в растворе обеспечивает водосмесевое соотношение с основой 0,48-0,64 (патент РФ №2452758 от 10.06.2012 г.). Данный раствор принят в качестве прототипа.
Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого изобретения, — жидкость затворения — вода; основа, состоящая из портландцемента тампонажного, гидроксиэтилцеллюлозы, пластификатора поликарбоксилата, полигликоля ПЛАСТЭК ПГ-07, хлорида кальция, алюмосиликатной пуццолановой добавки метакаолина и расширяющей добавки — продукта совместного помола отхода доменного шлака и негашеной извести ДРС-НУ среднего химического состава, мас.%: CaO+MgO — 72-91; SiO2 — 7-23; Al2O3 — 0-4; Fe2O3 — 0-2,5; прочие примеси — 0-4,5. Недостатками известного тампонажного раствора являются низкие прочностные показатели и недостаточное линейное расширение у формирующегося цементного камня, что может привести к неплотному контакту цементного камня с горными породами и обсадной колонной. Задачей изобретения является повышение прочностных характеристик цементного камня, получаемого из предлагаемого тампонажного раствора. Поставленная задача была решена за счет того, что в известном расширяющемся тампонажном растворе с регулируемыми технологическими свойствами, содержащем жидкость затворения — воду и основу, состоящую из портландцемента тампонажного, гидроксиэтилцеллюлозы, пластификатора поликарбоксилата, полигликоля ПЛАСТЭК ПГ-07, хлорида кальция, алюмосиликатной пуццолановой добавки метакаолина, расширяющей добавки — продукта совместного помола отхода доменного шлака и негашеной извести ДРС-НУ среднего химического состава, мас.%:
|
Маркировка тампонажного цемента
Тампонажный цемент производится в соответствии с ГОСТ 1581-96. Материал имеет маркировку ПТЦ (портландцемент). В зависимости от характеристик и свойств, тампонажный цемент бывает:
- Бездобавочным (I, I-G, I-H), с добавлением минеральных веществ (II), с примесями, регулирующими плотность состава (III).
- Утяжеленным (Ут), облегченным (Об);
- Для применения при низких и нормальных (15-50°С), умеренных (51-100°С) и повышенных (101-150°С) температурах;
- Обычным и сульфатостойким (СС).
В стандартной маркировке указывается тип цемента, его сульфатостойкость, средняя плотность, максимально допустимая температура применения, степень пластификации (ПЛ) или гидрофикации (ГФ), номер ГОСТа.
Рабочие характеристики зависят от марки тампонажного цемента и особенностей его изготовления. В таблице ниже приведены пределы, в которых могут варьироваться показатели материала.
| Наименование показателя, ед.измерения | Возможный диапазон, численное значение |
| Прочность на сжатие через 8 ч, Мпа | При твердении при температуре 38°С – 2,1 60 °С – 10,3 |
| Прочность на изгиб, МПа | От 0,7 до 3,5 в зависимости от марки ПЦ |
| Тонкость помола: Остаток на сите с сеткой №008, %, не более Удельная поверхность, м2/кг |
10-15
230-270 Читайте также: Использование коронок по бетону для монтажа подрозетников |
| Водоотделение, мл, не более | 7,5-10 |
| Растекаемость теста, мм, не менее | Для непластифицированного – 200 ПЛ – 220 |
| Время загустевания до консистенции 30, мин, | От 90 |
Данные характеристики тампонажного цемента приводятся в сертификате на продукцию вместе с информацией о дате изготовления и объеме партии материала.
Маркировка
По приведенным признакам тампонажного портландцемента (ПЦТ) можно расшифровать маркировку пакета. На примере ПЦТ III-Об 5-100-ГФ ГОСТ 1581-96:
ПЦТ – портландцемент тампонажный; III-Об – третий тип уплотненного вяжущего облегченный; 5 – марка прочности тампонажного цемента. Определяется производителем; 100 – температура монтажа и эксплуатации, умеренный тип; ГФ – гидрофобизированное вяжущее, стойкое к воде; ГОСТ 1581-96 – нормативный документ.
Сферы применения
Применение тампонажного цемента обусловлено его главным качеством: материал имеет высокие показатели прочности с самого начала затвердевания. Данный вид цемента в первую очередь предназначен для тампонирования нефтегазовых скважин. В процессе цементирования одновременно вытесняется буровая смесь.
Тампонажный цемент для скважин закачивается с помощью насосного оборудования – чтобы обеспечить текучесть раствора объем воды должен превышать объем сухих компонентов в два раза. Получившаяся масса (пульпа) характеризуется высокой подвижностью, после затвердевания она образует плотный монолит, не склонный к усадке, между обсадной трубой и стенками скважины. При этом материал плотно сцеплен как с трубой, так и со стенками пробуренного в горных породах ствола.
Цементная оболочка служит защитой обсадной трубы от сдвижек пластов, от контакта с грунтовыми водами, агрессивными газообразными средами. Тампонажный цемент применяется для укрепления дна скважины и сокращения ее глубины, для устранения повреждений самой обсадной колонны.
В строительстве данный вид цемента практически не используется. Исключением служит применение тампонажного цемента для фундамента из буровых свай, которые устанавливаются на сложных грунтах.
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.
