Seo-friends.ru

Большая стройка
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Технология производства тампонажного цемента

Технология производства тампонажного цемента

При разведочном и эксплуатационном бурении нефтяных и газовых скважин, а также при капитальном их ремонте применяют тампонажные цементы, представляющие собой в основном разновидности портландцемента. Тампонажные цементы используют для цементирования нефтяных скважин, цель которого — изолировать продуктивные нефтеносные слои от водоносных, а также отделить нефтеносные слои друг от друга при многопластовых залежах нефти. Цементирование (тампонирование) — весьма ответственная стадия сложного процесса бурения; качество цементирования часто определяет эффективность эксплуатации скважины, а при разведочном бурении — возможность правильной оценки запасов продуктивных нефтеносных слоев в исследуемом месторождении.

При цементировании скважины в нее опускают колонны обсадных стальных труб разного диаметра и заполняют образовавшееся кольцевое пространство между стенками скважины и наружным диаметром труб быстротвердеющим цементным раствором. Известны несколько методов цементирования скважин: прямое цементирование, монтажная заливка, цементирование хвоста, цементирование через заливочные трубы при ремонтных работах, обратное цементирование, многоступенчатая заливка и др. Многообразие методов обусловливается специфическими особенностями месторождений, различным характером расположения продуктивных и водоносных слоев, наличием трещин и каверн в породах и др.

Наиболее распространено прямое цементирование. Через колонну стальных труб, опущенную на рассчитанную глубину и соответствующим образом подвешенную, подается глинистый раствор для промывки скважин перед цементированием. После промывки в колонну опускают так называемую нижнюю пробку с центральным отверстием, закрытым стеклянной пластиной. Пробка плотно прилегает к стенкам труб. Затем на опущенную пробку в колонну быстро накачивается с помощью цементировочных агрегатов цементный раствор в заранее рассчитанном объеме, после чего туда опускают верхнюю глухую пробку. Наконец, 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, несколько повышается давление, и стекло нижней пробки раздавливается. Цементный раствор через образовавшееся отверстие проходит в забой и в затрубное кольцевое пространство, выдавливая, в свою очередь, находившийся в скважине после бурения глинистый раствор. Когда верхняя пробка садится на нижнюю, что заметно по резкому повышению давления на манометре (устье скважины), движение глинистого раствора приостанавливается.

Установлено, что 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 и в особенности от вида перфорации — пулевой или торпедной. Крайне важно, чтобы при цементировании подъем цементного раствора в затрубном пространстве осуществлялся с определенной скоростью не менее 1,5 м/с. Это способствует лучшей очистке стенок скважины от глинистой корки и образованию более стойкого цементного кольца. Во время цементирования точно контролируют объемы цементного раствора и продавочной жидкости, закачиваемых в колонну, и тщательно следят за изменением давления раствора. Экзотермия цемента способствует повышению этого давления. После проверки высоты подъема цементного раствора в затрубном пространстве скважину оставляют в покое примерно на 18 и реже 48 ч 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.

Каковы же специфические условия службы тампонажного цемента в скважинах? Следует помнить о том, что осмотр и точное обследование состояния скважины невозможны. Это крайне затрудняет изучение цемента в условиях службы. По мере углубления нефтяной скважины в ней повышаются температура и давление, что, естественно, влияет на процесс цементирования и качество получаемого цементного камня. Установлено, что повышение температуры с глубиной бурения неодинаково в разных нефтяных месторождениях. Так, например, имеются данные измерений температуры в ряде скважин, по которым значение геотермического градиента составляет примерно 16,5—18,3 м/град. Диапазон колебаний объясняется различной силой притока верхних и нижних вод, причем считают, что температура нефтяных пластов всегда ниже температуры водоносных. В США на некоторых скважинах при глубине примерно 7000 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 исключительно сложные. Пласты пород обладают различной пористостью, трещиповатостью и кавернозностью. 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. Бывают случаи так называемого гидравлического разрыва пласта, перетоков пластовых вод с верхних на нижние водоносные горизонты и др. Часто происходит значительное обезвоживание цементного раствора вследствие отсоса воды пористыми пластами породы.

Пластовые воды в ряде месторождений характеризуются высокой концентрацией солей. Имеются воды хлоркальциевые, хлормагниевые, сульфатно-натриевые, а также сульфатно-сульфидные, оказывающие заметное коррозионное воздействие на цементный камень особенно в условиях повышенных температур и давления, когда возможна существенная водопроницаемость цементного кольца. Особо сложные условия службы в газовых скважинах, когда после окончания цементирования происходит диффузия газа из пласта в скважину, часто вызывающая выбросы и фонтаны.

Первые 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. Портландцемент того времени характеризовался сравнительно медленным схватыванием, низкой прочностью и грубым помолом, поэтому приходилось долго «выжидать», пока цементный камень приобретет необходимую прочность. Поэтому возникла необходимость ускорить процессы твердения цемента. В то время это достигалось более тонким помолом цемента, так как познания в области химии цемента были еще недостаточны для выбора необходимого химического состава цемента.

Результаты многолетних исследований и обобщение опыта эксплуатации нефтяных месторождений позволили определить важнейшие требования к качеству тампонажного цемента. Они сводятся в основном к следующему. Цементный раствор (шлам) должен обладать достаточной текучестью, обеспечивающей возможность быстрого его закачивания в колонну труб, а затем про-давливания в затрубное пространство. Раствор должен оставаться подвижным определенное время, пока идет цементирование. Это достигается при В/Ц = 0,4—0,5. В зависимости от температуры скважины дифференцируются сроки схватывания цемента.

Тампонажные цементы должны характеризоваться необходимой прочностью в первые двое 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. Какой же должна быть прочность цементного камня па сжатие, чтобы удовлетворить всем этим требованиям? Вопрос это сложный. Считают, что она должна составлять не менее 2,3 МПа и приближаться к 3,5 МПа при коэффициенте запаса прочности в 2—5.

Весьма важный показатель — 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 данной 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.

Читать еще:  Песчано цементные блоки пропорции

Цемент одной разновидности не может удовлетворять всем требованиям, связанным с различными условиями его работы в скважинах. Поэтому цементная промышленность выпускает два основных исходных вида тампонажного цемента. Один из них предназначен для цементирования «холодных» скважин и другой — «горячих». Цементы испытывают соответственно при 295 и 348 К. Кроме того, освоено производство ряда специальных видов тампонажных цементов. Требования к цементам для «холодных» и «горячих» скважин весьма 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 ч и в цементе для «горячих» скважин — не позднее 5 ч. 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 двое суток — при холодных скважинах — 2,7 МПа, при горячих через одни 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 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.

Производство тампонажных цементов связано с определенными трудностями. Тампонажный цемент для «холодных» скважин изготавливают главным образом путем тонкого помола (до удельной поверхности 3000—3500 см2 на 1 г клинкера), сумма активных минералов (C3S + C3A) в нем составляет около 60%, дозировка гипса повышенная (3—3,5% S03).

В целях замедления схватывания тампонажный цемент для «горячих» скважин должен быть преимущественно низкоалюмипатным. Он предназначается для службы при температуре примерно 348 К. Выпускаются тампонажные цементы, которые содержат 3—4% С3А и 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 на 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.

Тампонажный цемент: классификация и применение

Тампонажный цемент – это разновидность портландцементов, предназначенная для изоляции труб нефтяных и газовых скважин и их защиты от давления грунтовых вод, сдвижек грунтовых пластов, негативного воздействия агрессивных сред. При затвердевании цементный раствор образует монолитную рубашку, непроницаемую для жидкостей и газов. Материал крепко сцепляется с металлической трубой и со стенками ствола, пробуренного в горной породе. Применение тампонажного цемента создает условия для безопасной эксплуатации скважин и продлевает их рабочий период. В традиционном строительстве этот вид портландцемента не используется. Исключение – устройство фундамента из буровых свай в сложных геологических условиях.

Состав и специфические особенности тампонажного цемента

В состав тампонажного цемента входят:

  • клинкер – до 80 %;
  • гипс – 3-5 %;
  • добавки, придающие смесям заданные свойства.

Базовый состав клинкера такой же, как и у обычного портландцемента, но к его компонентам предъявляются повышенные требования. Для применения в холодных скважинах содержание трехкальциевого алюмината в клинкере должно находиться в пределах 10-13 %, алита – примерно 50 %. Для «горячих» скважин необходим клинкер с минимальным количеством трехкальциевого алюмината.

Для тампонажного цемента характерны: тонкий помол, быстрое твердение, способность твердеть даже в воде, хорошая совместимость с добавками разной функциональности.

Виды тампонажных цементов

Для изоляции буровых скважин, предназначенных для нефте- и газодобычи, применяют различные виды тампонажных цементов:

  • Гигроскопический. К традиционным сырьевым компонентам добавляют триэтаноламин. Это бесцветная жидкость, относящаяся к слабым основаниям.
  • Облегченный. Получить составы невысокой плотности позволяют зола, трепел и другие низкоплотные добавки.
  • Утяжеленный. В качестве утяжеляющих добавок используют железорудные минералы.
  • Песчанистый. В основные компоненты сырьевой смеси добавляют гипс и кварцевый песок.
  • Солестойкий. В смеси присутствует тонкодисперсный кварцевый песок. Такой материал защищает металлические трубы от возникновения и развития очагов коррозии при воздействии на металл грунтовых вод с высоким содержанием солей.

Когда применяют облегченный и утяжеленный тампонажный цемент?

Введение специальных добавок позволяет получать облегченный и утяжеленный тампонажный цемент.

Облегченный

Облегченные растворы востребованы при обустройстве глубоких скважин в сложных геологических условиях, в которых высока вероятность гидроразрывов. Плотность цементного раствора снижают – диатомит, трепел, зола, алюмосиликатные микросферы. Для ремонта оболочки применяют наименее плотные составы, которые получают введением в сырьевую смесь каолина и алюмосиликатных полых сфер. Такие растворы легко закачивать, они обладают прекрасной адгезией к старой оболочке, хорошо заполняют трещины и пустоты.

Утяжеленный

Этот тип ТПЦ используют для цементирования высокотемпературных скважин. В качестве утяжелителя применяется специальный железорудный концентрат. Сроки схватывания цементно-рудных смесей мало зависят от количества утяжеляющей добавки и определяются только свойствами самого ТПЦ. В такие растворы обычно вводят пластификатор, в качестве которого применяют ацетально-спиртовый стабилизатор.

Классификация и маркировка

В соответствии с ГОСТом 1581-96 ТПЦ разделяют на типы:

  • I – бездобавочный;
  • I-G – бездобавочный с нормированными требованиями, водоцементное соотношение в таких смесях составляет 0,44;
  • I-H – бездобавочный с нормируемыми требованиями, водоцементное соотношение – 0,38;
  • II – с минеральными добавками;
  • III – со специальными добавками, влияющими на плотность цементного теста. По плотности теста вяжущее типа III разделяют на облегченное (Об) и утяжеленное (Ут).

По температуре эксплуатации тампонажные цементы разделяют на следующие типы:

  • для пониженных и нормальных температур – +15…+50 °C;
  • для умеренных температурных условий – +51…+100 °C;
  • для повышенных температур – +101…+150 °C.

Типы вяжущего по сульфатостойкости:

  • обычное – используется в условиях, в которых требования по сульфатостойкости не предъявляются;
  • сульфатостойкое – СС, высокой сульфатостойкости – СС1, умеренной сульфатостойкости – СС2.

В условном обозначении тампонажного цемента в соответствии с ГОСТом указывают:

  • буквы ПЦТ – портландцемент тампонажный;
  • тип – I, I-G, I-H, II, III;
  • уровень сульфатостойкости;
  • среднюю плотность для вяжущего типа III – Об или Ут;
  • самую высокую температуру, при которой может эксплуатироваться продукт, изготовленный на базе этого цемента;
  • наличие гидрофобизирующих или пластифицирующих добавок – ГФ или ПЛ;
  • обозначение ГОСТа, требованиям которого соответствует тампонажный портландцемент.

Основные технические характеристики и особенности выбора

Технические свойства тампонажных цементов в зависимости от их состава изменяются в широких пределах, что позволяет выбрать подходящий вариант для конкретных условий применения.

Основные технические показатели:

  • удельная насыпная плотность – 800-1200 кг/м 3 ;
  • насыпная поверхность (зависит от крупности помола, состава клинкера, номенклатуры добавок) – 250-1500 кг/м 2 ;
  • водоцементное соотношение – 0,35-0,45;
  • прочность – 27-62 кг/см 2 , этот показатель определяют на вторые сутки после заливки раствора, в возрасте 28 дней тампонажные составы не тестируют.
Читать еще:  Составы бетона без цемента

При выборе подходящего типа ТПЦ учитывают:

  • глубину скважины и температуру в ней;
  • свойства геологических пластов;
  • количество и состав солей в грунтовых водах.

Обеспечить полное соответствие требованиям ГОСТа может только свежий тампонажный цемент, при хранении которого были соблюдены нормативные условия.

Тампонажный цемент – свойства и сферы применения

На заключительном этапе работ по обустройству скважин пространство вокруг обсадной колонны заполняют специальным цементным раствором. При затвердевании он образует монолитную рубашку для защиты трубы от агрессивных сред и газов. Для приготовления состава используется тампонажный цемент ПТЦ – особый подвид портландцемента.

  • Особенности тампонажного цемента
  • Cостав
  • Маркировка тампонажного цемента
  • Сферы применения
  • Заключение

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.

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.

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.

Остаток на сите с сеткой №008, %, не более

Данные характеристики тампонажного цемента приводятся в сертификате на продукцию вместе с информацией о дате изготовления и объеме партии материала.

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.

Заключение

Производители тампонажных цементов выпускают материалы с различными характеристиками для применения в любых условиях.

При подборе марки ПТЦ учитывается:

  • глубина скважины;
  • характеристики геологических пластов;
  • уровень температуры в шахте (влияет на сроки затвердения раствора);
  • показатель содержания соли в грунтовых водах и т.д.

Чтобы готовый монолит отвечал всем требованиям, важно использовать свежий тампонажный цемент, который хранился в герметичной упаковке.

Тампонажный цемент – свойства и сферы применения

Одна из разновидностей портландцемента — тампонажный цемент. Этот вид портландцемента можно использовать в широчайшем диапазоне при проведении тампонажных работ. Он занимает одно из важнейших мест благодаря хорошему сочетанию технических и строительных свойств.


Что же это за материал и чем он отличается от привычного всем цементного раствора? Об этом – далее.

Состав и особенности

Тампонажный цемент представляет собой вяжущий состав, который почти не имеет отличий от портландцемента. Однако присутствуют повышенные требования к содержанию клинкера. В тампонаже доля клинкера может достигать 100%. Обязательная примесь — до 3,5% молотого гипса.

Чтобы улучшить свойства материала, можно дополнять его различными минеральными элементами, которые в сумме будут составлять не более 12% от общей массы. Должно быть не больше 10% известняка, шлаков — до 20%.

Условия, нормы веществ и предназначение для тампонажного цемента записаны в ГОСТ 1581. Тип веществ определяется процентной долей огнеупорных примесей и остальных компонентов. Рецепт готового цемента может варьироваться в зависимости от производителя.

Особенности тампонажного цемента:

  • мельчайший помол;
  • ускоренный процесс затвердевания;
  • повышенная механическая прочность и жесткость;
  • при разбавлении водой консистенция отличается от таковой у других видов цемента.

К показателю текучести есть повышенные требования в строительных нормах и правилах. Скорость перемещения раствора цемента должна достигать 1,5 м/с при небольших размерах технологических отверстий. Из-за чрезвычайно высокого давления в местах использования такого состава песок, арматура, опалубка, щебень не добавляются. Поэтому вяжущее является единственным компонентом.

Особенности применения такого состава обусловливают высокие требования к нему как к строительному материалу. Он должен понижать оказываемое давление на трубопровод или другую часть, которая подвергается изоляции. Кроме того, тампонажный раствор должен обладать большей скоростью застывания, которая достигается за счет ввода различных добавок во время изготовления.

Цементы

Общее понятие о тампонажном цементе

Под термином цемент подразумеваются вяжущие составы, используемые в строительстве совместно с наполнителями – песком и щебнем. При затворении цемента водой получается пластичная масса, затвердевающая до состояния камня.

Тампонажный цемент (портландцемент), при производстве которого тонко измельчают клинкер и гипс, принадлежит к категории портландцемента для цементирования газовых и нефтяных скважин. Производители предлагают два вида тампонажного цемента, отличающиеся температурным режимом применения: для низкой температуры от +15 до +50°С (марка ПЦТ-I-50) и для умеренной температуры от +50 до +100°С (марка ПЦТ-I-100).

Аббревиатура бездобавочного тампонажного цемента

Для примера расшифруем аббревиатуру тампонажного цемента марки ПЦТ-I-50: ПЦТ обозначает «портландцемент тампонажный», I — «бездобавочный», цифра 50 (как вариант – 100) отображает температурный режим (для низких или умеренных температур).

Тампонажный цемент ПЦТ-I-50

Бездобавочный портландцемент тампонажный ПЦТ-1-50 для низких температур используется с целью изоляции газовых и нефтяных скважин от воздействия грунтовых вод в температурном диапазоне от +15 до +50°С, а также при выполнении общестроительных работ (кроме гидротехнических сооружений).

Читать еще:  Заливка полов мало цементным раствором

Цемент тампонажный ПЦТ-I-100, ПЦТ-II-100

Цемент(портландцемент) ПЦТ I-100, ПЦТ II-100, предназначен для изоляции нефтяных и газовых скважин от действия грунтовых вод при температуре от 51 до 100°С для общестроительных работ, за исключением гидротехнических сооружений.

Цемент тампонажный ПЦТ-I-G-CC-1

Низкое содержание алюминатов кальция и щелочных соединений наделяет этот цемент высокой коррозионной стойкостью, благодаря чему он применяется для крепления глубоких и сверхглубоких нефтяных и газовых скважин при повышенных температурах и давлениях. Он обеспечивает высокую прочность, газо- и водонепроницаемость даже при наличии в тампонажном растворе большого количества заполнителей и минеральных компонентов.

Упаковка, хранение и отгрузка цемента тампонажного

Упаковка цемента производится в МКР по 1 тн со вкладышем. Отгрузка навалом обсуждается в каждом случае индивидуально. Хранится цемент тампонажный на крытом складе на паллетах. Отгрузка цемента тампонажног производится авто и жд транспортом, по России, странам СНГ и странам дального зарубежья.

ООО ПКФ «ВППК» предлагает следующие виды цемнтов к поставке.

  • Цемент тампонажный ПТЦ I-50
  • Цемент тампонажный ПТЦ I-100
  • Цемент тампонажный облегченный ПЦТ 3(об) 4-50
  • Цемент тампонажный ПЦТ I-G-CC-1

Основные технические характеристики

Они будут зависеть от типа вяжущего вещества, производителя и наличия или отсутствия добавок.

  1. Механическая прочность спустя 8 часов достигает 2,1-10,3 МПа в зависимости от температуры. Максимальный показатель наблюдается при 60 °С.
  2. Жесткость на изгиб варьируется в диапазоне 0,7-3,5 и зависит от производителя и марки.
  3. Остаточная масса на сите с сетью №0,08 — не более 15%.
  4. Удельная поверхность — не больше 270 м²/кг.
  5. Показатель отделения влаге не должен превышать 10.
  6. Растекаемость под действием влаги варьируется в зависимости от вида. Непластифицированный тампонажный цемент может растекаться со скоростью до 200 мм. Пластифицированный — до 220.
  7. Состав застывает до консистенции 30 за 90 минут и больше.

Все характеристики должны быть приведены в пометке изготовителя вместе с информацией о дате производства. Портландцемент теряет свойства через полгода или под действием воздуха.

Скорость затвердевания будет зависеть от температурных показателей в скважине и процента щелочных веществ в составе. Если температура превышает 60 °С, время застывания может меняться.

Классификация тампонажных цементных смесей

Все требования, которые предъявляются к такому виду цемента, нормированы по ГОСТу. Существует несколько видов цемента в зависимости от характеристик.

Согласно показателям плотности условно выделяют 2 типа:

  1. Облегченный тип — нормальная смесь.
  2. Утяжеленный, содержащий примеси, увеличивающие массу.

В зависимости от температурного режима есть такие типы:

Номенклатурное наименованиеДиапазон температур, °С
Низкие и нормальные15-50
Умеренные51-100
Повышенные101-150

Виды составов по степени устойчивости веществ к химикатам, которые содержатся в грунтовых водах:

  • без повышенной устойчивости;
  • устойчивые к сульфатам, включающие специальные добавки.


Классификация.

Для некоторых типов выделяют 2 уровня устойчивости к сульфатам: умеренный и повышенный.

По состоянию цементного теста материал разделяют на:

  1. Непластифицированный;
  2. Гидрофобизированный.

Специфические особенности

То, чем отличается от портландцемента тампонажный цемент, – состав: для его изготовления в измельченную клинкерную основу с гипсом вносят определенные добавки.

Для нефтяных и газовых скважин изготавливаются разные типы смесей, которые разделяются на следующие подвиды:

  1. Гигроскопический. Для получения материала в сухую массу вводят гидрофобизатор триэтаноламина.
  2. Утяжеленный. Для изготовления смешивают цементный клинкер с гипсом и утяжеляющими добавками. Таковыми может служить железная руда в виде тяжелых шпальтов, гематитов, магнетитов.
  3. Песчанистый. Для получения материала этого подвида в смесь добавляют кварцевый песок с гипсом. Количество компонентов не должно быть больше 50 % для «горячих» скважин и меньше 20 % для «холодных».
  4. Солестойкий. Используется там, где соли в грунтовых водах имеют высокую концентрацию. Это приводит к возникновению коррозии, но добавление тонкоизмельченного кварцевого песка устраняет это недостаток.


Технические характеристики каждого вида зависят от пропорций и свойств компонентов. Таковыми могут выступать кварцевый песок, минеральные вещества, известняк, шлак.

Маркировка и ее расшифровка

Каждый вид тампонажного цемента обладает собственным номенклатурным наименованием, которое соответствует свойствам.

Маркировка тампонажа состоит из 5 обозначений:

  1. ПЦТ — тампонажный портландцемент.
  2. Тип вяжущего и пометка об облегченном или утяжеленном составе.
  3. Третье числовое значение соответствует уровню прочности изделия. Этот показатель определяется изготовителем.
  4. Следующее число определяет уровень температур и состояние цементного теста. Например, 150-ПЛ — для работы с повышенными температурами. Пластифицированное тесто.
  5. Последняя пометка — нормативный акт, которому соответствует произведенный продукт.


Маркировка.

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.

Добавки для улучшения тампонажных растворов

Чтобы улучшить эксплуатационные качества раствора, можно использовать дополнительные добавки:

  1. Хлорид кальция и карбонат натрия ускоряют время схватывания цемента. При добавлении в жидкость получается смесь быстрого схватывания, может применяться при температурных показателях до 65 °С. Для расширительных свойств добавляют до 30% гипсоглиноземистого цемента.
  2. Если добавить гипс, существенно сокращается срок затвердевания, в результате камень с повышенной прочностью формируется спустя 3-4 часа после закачки раствора. Чтобы не допустить застывания в самих бурах, добавляются ингибиторы процесса.
  3. Бентонит повышает начальную подвижность раствора, что особенно важно при его закачке.
  4. Составы с включением глины дополнительно улучшают вязкость материала во время его продавливания, что позволяет обеспечить последующее затвердение раствора с повышением пластической прочности.
  5. Цементно-смолистый состав с добавлением пластических веществ, в основном эпоксидных алифатических смол, применяется, если рядом со скважиной расположены водоносные пласты.
  6. Если требуется закачать раствор на глубину более 100 м, добавляют дизтопливо. Цемент полностью инертен к органическим углеводородам, а раствор становится намного более вязким. Прочность приобретается после того, как углеводороды заменятся водой.

Технология и область применения

Этот вид цемента не участвует в строительстве жилых зданий из-за слишком быстрого застывания. В основном используются такие бетонные блоки в нефтегазовых скважинах. Раствор можно применять для заливки свай в сложных условиях.

Он заливается полностью за счет воды при помощи специальных помп, жидкость добавляется к составу в соотношении 2:1. Затем, когда цемент станет подвижным тестом (это состояние, которое получило название «пульпа»), можно закачивать его в отверстие. После полного затвердевания материал становится монолитным и надежно защищает от грунтовых вод.

Технология применения

Поскольку тампонажный цемент приходится заливать не вручную, а закачивать насосами, массу делают достаточно жидкой. Для этого на 2 части сухой смеси добавляют 1 часть воды. Полученная масса называется пульпой. Если температура высокая, пульпа может затвердеть уже за 1,5-10 часов. Чем выше температура, тем быстрее схватится цемент тампонажный. Применение в холодных скважинах (или если масса используется при гидроизоляционных работах на возведении зданий в холодное время года) приводит к тому, что процесс затвердения начнется через 2-3 часа и завершится часов через 20-22. Дольше всего застывает солестойкий цемент.

Показатель прочности на изгиб через двое суток после полного застывания таков:

  1. Если отсутствует нагрев – приблизительно 62 кГ/см.
  2. Если температура стабильно высокая — 27 кГ/см.

Но это только в том случае, если использовался качественный тампонажный цемент. Как проверить его качество? Есть очень простой и надежный способ – выполнить пробу через сито. Для этого нужно тщательно просеять через сито немного сухого порошка. Если в сите осталось ¾ части от начального объема, материал качественный. Можно проверить и на глазок, но это могут сделать лишь те, кто имеет большой опыт работы с тампонажным цементом. В противном случае придется доверять продавцу. Но при этом стоить обратить внимание и на состав сухой смеси – количество гипса не должно быть больше чем 3,5 %.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector