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/м3;
- насыпная поверхность (зависит от крупности помола, состава клинкера, номенклатуры добавок) – 250-1500 кг/м2;
- водоцементное соотношение – 0,35-0,45;
- прочность – 27-62 кг/см2, этот показатель определяют на вторые сутки после заливки раствора, в возрасте 28 дней тампонажные составы не тестируют.
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.