что такое тампонажный слой бетона

Для чего укладывается тампонажный слой бетона?

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.

Тампонаж

Основное назначение тампонажа – заполнение пустот закрепного пространства и улучшение условий работы крепи за счет более равномерного распределения нагрузки. Тампонажный раствор, после его затвердевания, образует дополнительную бетонную оболочку, увеличивающую несущую способность крепи. Кроме того, в процессе нагнетания в закрепное пространство, тампонажный раствор проникает в трещины приконтурного массива, упрочняя краевую его часть [5].

Упрочненная таким образом породная оболочка работает в системе сил, противодействующих горному давлению, совместно с крепью и затвердевшим тампонажным раствором, заполнившим закрепное пространство.

Создается сложная комбинированная конструкция крепи с большой несущей способностью, которая увеличивается в 2,5–4,0 раза по сравнению с забутовкой закрепных пустот породной мелочью [6; 7].

Тампонаж закрепного пространства, проведенный в течение одного месяца после проходки выработки, в 1,8–2,5 раза сокращает величину конечных смещений массива горных пород. При этом после окончания работ по тампонажу процесс развития смещений полностью прекращается [4].

Рис. 1 Структура массива, прилегающего к крепи: 1 – рамная металлическая крепь из СВП; 2 – межрамная затяжка; 3 – тампонажный слой; 4 – зацементированная трещиноватая порода Fig. 1 Structure of rock mass adjacent to the support: 1 – framed metal support made of the SVP profiled sections; 2 – interframe tie; 3 – backfill layer; 4 – grouted fractured rock mass

Структура массива, прилегающего к крепи, изображена на рис. 1 и представляет собой сложную конструкцию, состоящую из рамной металлической крепи, межрамной затяжки, тампонажного слоя – бетонной оболочки зацементированной трещиноватой породы – упрочненного тампонажным раствором слоя краевой части массива [8].

Упрочнение массива горных пород в процессе тампонажа закрепных пустот за металлической арочной крепью позволяет увеличить расстояние между рамами крепи и обеспечивает экономию металла не менее чем на 40% [9]. Тампонаж закрепного пространства применяется не только для обеспечения устойчивости горных выработок, но и для повышения скорости их проведения, так как процесс приготовления тампонажного раствора и подачи его в закрепное пространство успешно механизирован, и широкое применение нашел при сооружении взрывоустойчивых перемычек в газовых угольных шахтах.

Техническая и экономическая несостоятельность применяемых в угольной промышленности рамных крепей и высокая трудоемкость их возведения обусловили поиск новых конструкций крепи, материалов и технологий для их возведения.

Особенности и состав

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

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:

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.

Для чего укладывается тампонажный слой бетона?

Для поддержания положительных температур и создания благоприятного термонапряженного состояния бетона, а также для надежной изоляции между бетоном и водой в уровне днища рекомендациями допускалось в зимнее время в случае необходимости укладывать подводным способом в опалубку тампонажный слой бетона толщиной 0,5 м ниже проектной отметки подошвы оголовка пирса. В тампонажный слой предварительно перед бетонированием укладывались паровые трубы. Кстати, монтаж металлоконструкций производят еще до укладки тампонажного слоя бетона.

Перед бетонированием тампонажного слоя для предотвращения его замерзания, а также для обогрева металлического шпунта вода в опалубке в месте укладки бетонной смеси прогревалась до температуры 15—20° С. Тампонажный слой бетона укладывался с температурой 12° С на днище опалубки под воду.

Прогрев тампонажного слоя осуществлялся паровыми трубами непрерывно в течение 1 —1,5 суток. После отвердевания тампонажного слоя бетона предполагались откачка воды из опалубки, последующая установка арматуры, отогрев горячим воздухом опалубки и ранее уложенного тампонажного слоя бетона и бетонирование «насухо».

Несмотря на выполнение всех мероприятий, предусмотренных рекомендациями, обеспечить полную непроницаемость опалубки не удалось, поэтому бетон укладывыетсяя частично в воду. Укладка бетона осуществлялась методом «с островка». Бетон подавался в одно место, при вибрировании он погружался на дно опалубки, поднимая верхние слои. При этом с водой соприкасался ограниченный объем бетона.

Блоки оголовка бетонировались непрерывно. Высота бетонируемых блоков находилась в пределах 1,5—2 м. При укладке бетона велся контроль за температурой, Объемом вовлекаемого воздуха и подвижностью транспортируемой бетонной смеси; осуществлялся отбор контрольных образцов из каждой партии бетона. Учитывая, что условия подогрева заполнителей и воды на бетонном узле не позволяли получить товарную смесь с температурой 30—35° С, а только с температурой 20°С (бетонная смесь после укладки имела температуру 12°С), было принято решение о дополнительном обогреве бетона паром в верхней части оголовка. С этой целью над оголовком устраивался временный деревянный короб, внутри которого прокладывались две паровые трубы на длину бетонируемого участка. Сверху короб изолировался толем. Как показал анализ температурных полей в теле оголовка и причального выступа, полученных на гидроинтеграторе В. С. Лукьянова, с учетом подачи пара в верхнюю область оголовка, наблюдалось бурное тепловыделение в центре оголовка и в выступе.

В результате этого температура бетона поднялась во всех точках оголовка до 40—50° С, что позволило бетону набрать прочность 70% в течение трехсуточного срока твердения. Однако при этом в поверхностных слоях бетона сложилось неблагоприятное термонапряженное состояние. После остывания бетона до 0° С высверливались керны из бетона, находящегося в зоне переменного уровня воды, для последующего испытания бетона на морозостойкость.
23 мая 2013

Технические характеристики

Тампонажный цемент характеризуется следующими техническими параметрами:

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

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:

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.

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

Классификация и маркировка

Строительный материал можно классифицировать в зависимости от следующих критериев:

Маркировка материала включает:

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.

Маркировка и ее расшифровка

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

Маркировка тампонажа состоит из 5 обозначений:

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.

Источник

Цемент тампонажный

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.

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.

— 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.

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.

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:

— 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.

— 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.

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

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.

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 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.

Источник

Цемент — новые технологии. Производство модульных цементных заводов

Особенности тампонажного цемента

Раствор для тампонажных работ приготавливают из цемента со специфическими свойствами. Материал:

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.

Для чего укладывается тампонажный слой бетона?

Для поддержания положительных температур и создания благоприятного термонапряженного состояния бетона, а также для надежной изоляции между бетоном и водой в уровне днища рекомендациями допускалось в зимнее время в случае необходимости укладывать подводным способом в опалубку тампонажный слой бетона толщиной 0,5 м ниже проектной отметки подошвы оголовка пирса. В тампонажный слой предварительно перед бетонированием укладывались паровые трубы. Кстати, монтаж металлоконструкций производят еще до укладки тампонажного слоя бетона.

Перед бетонированием тампонажного слоя для предотвращения его замерзания, а также для обогрева металлического шпунта вода в опалубке в месте укладки бетонной смеси прогревалась до температуры 15—20° С. Тампонажный слой бетона укладывался с температурой 12° С на днище опалубки под воду.

Прогрев тампонажного слоя осуществлялся паровыми трубами непрерывно в течение 1 —1,5 суток. После отвердевания тампонажного слоя бетона предполагались откачка воды из опалубки, последующая установка арматуры, отогрев горячим воздухом опалубки и ранее уложенного тампонажного слоя бетона и бетонирование «насухо».

Несмотря на выполнение всех мероприятий, предусмотренных рекомендациями, обеспечить полную непроницаемость опалубки не удалось, поэтому бетон укладывыетсяя частично в воду. Укладка бетона осуществлялась методом «с островка». Бетон подавался в одно место, при вибрировании он погружался на дно опалубки, поднимая верхние слои. При этом с водой соприкасался ограниченный объем бетона.

Блоки оголовка бетонировались непрерывно. Высота бетонируемых блоков находилась в пределах 1,5—2 м. При укладке бетона велся контроль за температурой, Объемом вовлекаемого воздуха и подвижностью транспортируемой бетонной смеси; осуществлялся отбор контрольных образцов из каждой партии бетона. Учитывая, что условия подогрева заполнителей и воды на бетонном узле не позволяли получить товарную смесь с температурой 30—35° С, а только с температурой 20°С (бетонная смесь после укладки имела температуру 12°С), было принято решение о дополнительном обогреве бетона паром в верхней части оголовка. С этой целью над оголовком устраивался временный деревянный короб, внутри которого прокладывались две паровые трубы на длину бетонируемого участка. Сверху короб изолировался толем. Как показал анализ температурных полей в теле оголовка и причального выступа, полученных на гидроинтеграторе В. С. Лукьянова, с учетом подачи пара в верхнюю область оголовка, наблюдалось бурное тепловыделение в центре оголовка и в выступе.

В результате этого температура бетона поднялась во всех точках оголовка до 40—50° С, что позволило бетону набрать прочность 70% в течение трехсуточного срока твердения. Однако при этом в поверхностных слоях бетона сложилось неблагоприятное термонапряженное состояние. После остывания бетона до 0° С высверливались керны из бетона, находящегося в зоне переменного уровня воды, для последующего испытания бетона на морозостойкость.
23 мая 2013

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:

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.

Особенности и состав

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

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:

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.

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:

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.

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

Специальные тампонажные цементы

У цементов для «холодных» и «горячих» скважин при испытании по стандартной методике при хранении заметно снижались прочностные показатели. Был разработан способ устранения этих явлений путем введения в состав цемента при его помоле добавки триэтаноламина, что позволило создать специальный вид цемента. Низкогигроскопичный тампонажный портландцемент
является разновидностью тампонажного портландцемента и характеризуется тем, что не теряет прочности при длительном хранении. Такой портландцемент получают путем Совместного измельчения клинкера, гипса и 0,025—0,05 поверхностно-активной добавки триэтаноламина. В остальном он не отличается от тампонажного портландцемента и удовлетворяет требованиям, предъявляемым к ним ГОСТом.
Белитокремнеземистый цемент (БКЦ)
предназначен для цементирования высокотемпературных нефтяных и газовых скважин. Он разработан в НИИЦементе С. М. Рояком и А. М. Дмитриевым. Ими было установлено, что для получения прочного, газонепроницаемого и устойчивого цементного камня необходимо, чтобы он содержал преимущественно низкоосновные гидросиликаты кальция серии CSH(B). Качественный цемент для этих условий на основе портландцементпого клинкера получить нельзя. БКЦ — безобжиговое гидравлическое вяжущее, получаемое путем совместного тонкого измельчения высушенного белитового компонента и кварцевого песка или тщательным смешиванием тех же материалов, измельченных раздельно. Белнтовый компонент является отходом, получаемым при производстве глинозема из нефелиновых пород. Он должен содержать не менее 80% P-C2S. В составе белитового компонента может быть не более 2,5% щелочей, количество ангидрида серной кислоты не должно превышать 0,5%. Состав цемента в зависимости от температуры в скважине может изменяться: содержание белитового компонента колеблется от 30 до 70%, а кварцевого песка соответственно от 70 до 30%. Можно вводить в цемент добавку измельченной бентонитовой глины. Тонкость помола цемента характеризуется удельной поверхностью 3500—5500 см2/г. При раздельном помоле кварцевого песка и белитового компонента удельная поверхность в зависимости от их соотношения в цементе должна составлять: белитового компонента 3000—5000 см2/г кварцевого песка 2000—3000 см2,г Растекаемость цементного теста с определенным количеством пресной воды, измеряемая с помощью прибора-конуса, должна быть не менее 180 мм. Сроки схватывания цементного теста должны составлять: начало — не ранее 1 ч 45 мин, конец — не позднее 10 ч. Для ускорения схватывания БКЦ при цементировании скважин в интервале температур 363—403 К в цементный раствор вводят кальцинированную соду (ориентировочно 1—5%), количество которой уточняют пробными затворениями на месте применения. Если необходимо замедлить схватывание, то это может быть достигнуто введением с водой затворения добавки монохромата натрия, количество которого уточняется пробными затворениями на месте применения. Этот цемент получают, смешивая молотый гранулированный доменный шлак и кварцевый песок определенной крупности С добавками некоторых веществ. Цемент успешно используют для цементирования нефтяных южных районов.
Солестойкие тампонажные портландцементы.
Проблема повышения стойкости тампонажных цементов для службы в минерализованных пластовых водах наших нефтяных месторождений усложнялась тем, что воды эти содержат различное количество солей, сульфатов, хлоридов, сероводорода и др. и в подавляющей своей части вызывают коррозию, особенно, когда они начинают действовать на цемент в начале его твердения. Кроме того, невозможность извлечения и исследования цементного камня из скважин не позволила всесторонне изучать эти виды коррозии. При изучении влияния добавок в цементе на его солестойкость было показано, что тонкоизмельченнын кварцевый песок при 348 К гидравлически активен и химически связывает в течение месяца (при определении по стандартной методике) гидроксид кальция в количестве до 160 мг СаО на 1 г песка. Это Свидетельствует о положительном его влиянии на цемент, так как повышается его солестойкость. Было установлено также, что низкоалюминатные тампонажные цементы, содержащие обычно около 55% C3S, будут иметь удовлетворительную стойкость при твердении в минерализованных пластовых водах, если вводить в их состав при помоле 20—35% кварцевого песка. Солестойкими также будут шлакопортландцемент с 35—50% шлака с пониженным количеством С3А в клинкере и Аl2O3 в шлаке, а также содержащий не более 20% активной минеральной добавки.
Портландцемент тампонажный песчанистый
получают совместным тонким измельчением клинкера тампонажного портландцемента, кварцевого песка и гипса или тщательным смешением стандартного тампонажно-го цемента с предварительно измельченным кварцевым песком. Выпускается такой песчанистый портландцемент для тампонирования «холодных» и «горячих» скважин. Содержание кварцевого песка в тампо-нажном песчанистом портландцементе для «холодных» скважин должно составлять не менее 20%, для «горячих» — не более 50%. Утяжеленный тампонажный портландцемент. Проводка скважин в сложных условиях при высоких пластовых давлениях осуществляется с помощью так называемых утяжеленных глинистых растворов. Плотность этих растворов достигает 2,0—2,25 г/см3. Для доброкачественного цементирования в таких условиях необходимо, чтобы плотность цементного раствора, применяемого для производства тампонажных работ, превышала плотность глинистого раствора, применявшегося при бурении скважины на 0,25—0,30 кг/м3. Цементные растворы с такой плотностью используют для того, чтобы обеспечить более полное вытеснение из затрубного пространства тяжелого глинистого раствора. Достаточная полнота и хорошее качество цементирования обеспечивают надежное крепление и изоляцию скважины от прорыва пластовых вод или других осложнений. В этих условиях рекомендуется использовать утяжеленный тампонажный портландцемент, получаемый путем совместного тонкого измельчения 50—60% цементного клинкера с добавкой гипса и не более 70% утяжеляющей добавки — железной руды в виде магнетита, гематита, тяжелого шпата со средней плотностью не менее 3,5 кг/м3. Возможно предварительное измельчение компонентов с последующим их смешиванием. Испытывают этот цемент с определенным количеством воды при стандартной растекаемости цементного теста. Предел прочности такого цемента при изгибе через 2 сут не менее 1,0 МПа для холодных и 2,0 МПа для горячих скважин.
Волокнистый тампонажный портландцемент.
Как уже говорилось, при проходке скважин наблюдается иногда «уход» глинистого или цементного раствора. Разработаны специальные цементы, надежно закрывающие пути ухода глинистого или цементного раствора при капитальном ремонте скважин и предотвращающие поглощение тампонажного раствора трещиноватыми или дренированными пластами. Волокнистые цементы представляют собой тщательно смешанный готовый тампонажный цемент с волокнистыми добавками (асбестом и некоторыми отходами производства текстильной, целлюлозной промышленности и пр.), вводимыми в количестве 2—3%. Наличие в цементе волокнистой добавки способствует быстрому образованию на стенках скважины сетчатых, каркасных пленок или тампонов по сечению трещин, вокруг которых накапливается и уплотняется цементный раствор, закрывающий все имеющиеся неплотности. В результате образуется плотная, хорошо скрепляющаяся с поверхностью цементная корка, надежно закрывающая мелкие трещины и другие дренажные каналы. Образующаяся волокнистая пленка препятствует также проникновению в пласт излишнего количества цемента.
Гельцемент
— разновидность тампонажного цемента, получаемого путем совместного помола тампонажного портландцемента с добавкой 3—7% бентонитовой глины. Можно получать этот цемент путем смешения раздельно измельченных компонентов. Технические условия на этот цемент разрабатываются. Гельцементный раствор обладает повышенной пластичностью и характеризуется большим углом естественного откоса, пониженным водоотделением, пониженной усадкой, что дает возможность регулировать плотность цементного раствора. Добавка бентонитовой глины в тампонажный портландцемент — эффективный способ улучшения ряда свойств цемента. Опыты показали, что эта добавка позволяет повысить трещиноустойчивость цемента при сохранении необходимой прочности на растяжение. Бентонитовые глины добавляют в цементы не только для получения затвердевшего цементного камня, который не будет крошиться во время перфорации, но и для того, чтобы свести к минимуму осаждение твердых частиц, уменьшить водоотделение и повысить среднюю плотность затвердевшего цемента. Применение этих глин позволяет также значительно увеличить выход тампонажного раствора из данного количества цемента, поскольку бентонит позволяет добавлять больше воды в раствор. В скважинах, которым грозит «потеря циркуляции», т. е. уход глинистого раствора или цемента под действием гидростатического давления в пласты пород, гельцемент, дающий облегченный цементный раствор, имеет определенное преимущество перед обычным тяжелым цементным раствором. Часто совместно с бентонитовой глиной в состав цемента или раствора вводят до 0,5—0,75% СДБ для регулирования сроков схватывания раствора.
Облегченный тампонажный портландцемент.
Во многих районах бурение нефтяных и газовых скважин ведется на глубину более 3500—4000 м. В связи с этим возникает необходимость поднимать цементный раствор за обсадными трубами на значительную высоту (более 2000 м). В этих условиях необходимы облегченные цементные растворы. Тампонажный облегченный портландцемент получают путем совместного помола тампонажного портландцементного клинкера, «облегчающей» добавки, и гипса или путем тщательного смешивания тех же материалов, но раздельно измельченных. Содержание клинкера в цементе должно быть не менее 30% по массе. Выпускается облегченный тампонажный портландцемент для «холодных» и «горячих» скважин. Облегчающими служат активные минеральные добавки (пемза, диатомит, опока, трепел и др.). Кроме того, цемент на месте потребления смешивается с добавками глины, пористых неорганических материалов (перлита, керамзита), углеродистых материалов, гильсонита, нефтяного кокса и др. Эти добавки характеризуются меньшей плотностью и высокой водопотребностью, что вызывает необходимость повышать содержание воды в растворе и понижать его плотность до 1,5 г/см3. Разработан песчанисто-трепельный портландцемент, позволяющий получать цементный раствор с плотностью 1,5—1,6 г/см3. Растекаемость цементной пульпы (теста) при подобранном количестве воды должна быть не менее 180 мм; коэффициент водоотделения теста не должен превышать 2,5%. Начало схватывания наступает в обычные сроки как у стандартизованных тампонажных портландцементов. Расширяющийся тампонажный цемент для цементирования газовых скважин. При бурении, а также в процессе эксплуатации газовых скважин наблюдаются иногда затрубные прорывы газа, часто вызывающие образование открытых газовых фонтанов. Считают, что прорывы газа происходят через зазоры, образующиеся преимущественно на контакте цементного камня с обсадными трубами и стенками скважины в результате усадочных явлений, присущих портландцементным растворам. Этот цемент получают путем применения в качестве расширяющегося компонента в цементе добавки до 15% активного (каустического) оксида магния, гидратация которого вызывает заметное увеличение объема цементного камня. В зависимости от дозировки оксида магния и тонкости помола цемент при твердении может расшириться до 0,1—2,0%. Большое значение имеет технология измельчения расширяющегося цемента, которое может осуществляться путем совместного или раздельного помола клинкера и оксида магния. При изготовлении цемента для цементированных холодных скважин может быть использован клинкер обыкновенного тампонажного цемента, а клинкер для цементирования горячих скважин должен содержать не более 6% трехкаль-цневого алюмината. Расширяющиеся тампонажные цементы характеризуются меньшими водоотделением, тепловыделением, контракцией и газопроницаемостью при несколько повышенной стойкости в агрессивных средах. Эти цементы успешно применяли для цементирования более десятка различных газовых и нефтяных скважин. Предложен портландцемент с воздухововлекающими добавками, из которого получается менее хрупкий затвердевший раствор. Воздухоудерживающий цемент обладает также повышенной текучестью и лучше слепляется с породой. Во время схватывания цементного раствора из-за повышения его температуры происходит расширение и увеличение объема вовлеченного воздуха, что приводит к вдавливанию раствора в поры породы. Разработан также состав цементов для цементирования нефтяных скважин в солевых отложениях. Кроме указанных специальных видов цемента, на одном из нефтяных месторождений применялась добавка до 15% глиноземистого либо гипсоглино-земистого цемента к тампонажному портландцементу. Цементный раствор быстро схватывался. Его использование позволило прекратить катастрофический уход глинистого раствора и надежно изолировать нефтеносные пласты от водоносных горизонтов. По ГОСТ регламентированы свойства указанных основных видов цемента для холодных и горячих скважин и на их основе следующих разновидностей цементов, содержащих стандартизованные добавки: 1. Утяжеленный, состоящий не более чем из 70% любого материала со средней плотностью не менее 3,5-10 кг/м3. 2. Песчанистый, содержащий не менее 20 и не более 50% кварцевого песка. 3. Солестойкий, включающий гранулированного, доменного или электротермофосфорного шлака не менее 35 и не более 50% либо активных минеральных добавок не более 20% или кварцевого песка не менее 20 и не более 35%. Этот цемент должен содержать кроме минеральных добавок жидкое стекло не менее 1,0 и не более 2,5% в пересчете на сухое вещество. 4. Низкогигроскопичный с содержанием 0,025—0,05% триэтаноламина при соответствующем для там-понажного портландцемента количестве минеральных добавок. Для цемента соответствующей разновидности установлены определенные сроки начала и конца схватывания; показатели предела прочности при изгибе 1,0— 2,7 МП а через 5 сут для цементов, предназначенных для «холодных» скважин, и 1,5—4,0 МПа — для цементов для «горячих» скважин через 1—2 сут. В США выпускается семь классов (по их классификации) обычных и сульфатостойких тампонажных цементов. Значительное взимание уделяется также применению для этих целей обычных портландцементов с различными добавками, такими, как замедлители и ускорители схватывания и твердения, облегчители и утяжелители для регулирования плотности, органические добавки — латекс, пластические массы, смолы и др. Изготовляют нефтецементные растворы, затвердевающие при взаимодействии с водой в скважине и обладающие высокой газо- и водонепроницаемостью, цементы, затворяемые на водонефтяных эмульсиях и др. Цементные растворы, содержащие жидкий латекс и поверхностно-активное вещество, отличаются высокими вяжущими свойствами при сцеплении с поверхностями, покрытыми нефтяным слоем. В затвердевшем состоянии они менее хрупки, чем обычные и обладают высокими упругопластическими свойствами, что крайне важно для предупреждения образования трещин при перфорации, и дают меньшую усадку. В качестве замедлителей схватывания рекомендованы добавки декстрина, крахмала, ржаной муки, а также казеина. Применяется и небольшая добавка, состоящая из смеси борной кислоты, буры и гуммиарабика. Предложены также добавки винной кислоты, сахара, гексаметафосфата натрия, растворенных в едком натрии, гуминовои, галловой, лигниновои и других органических кислот. Считается целесообразным использование в качестве замедлителя натриевой соли карбоксиметиловой целлюлозы. Для уменьшения водоотделения применяют, главным образом, добавки бентонитовой глины, а для уменьшения плотности цементного раствора — комбинированную добавку, состоящую из бентонита и перлита. Большое внимание уделяется пуццолановым тампонажным цементам, обладающим высокой солестойкостью, крайне необходимыми для качественной перфорации пластическими свойствами и высокой плотностью цементного камня. Применение повышенной добавки бентонитовых глин в цементы в количестве до 25% значительно улучшает специальные свойства цементных растворов.

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.

Применение сульфатостойких цементов

Сульфатостойкие цементы используются для создания бетонов, необходимых при возведении железобетонных конструкций с повышенной устойчивостью к водам, насыщенным сульфатами. Также из таких цементов сооружают объекты, подвергающиеся постоянному воздействию влаги и периодическому замораживанию/таянию.

Соответственно, сульфатостойкие цементы незаменимы при возведении стоящих в воде свай, мостовых опор в реках и при строительстве конструкций, попадающих время от времени в условия меняющейся влажности. В данном случае очень важна коррозионная стойкость бетона, напрямую зависящая от состава цемента. Поочередное высушивание и увлажнение бетонной конструкции, а также воздействие воды, содержащей сульфаты, соли и другие агрессивные вещества, может привести к появлению «высолов» на поверхности сооружений и постепенному разрушению бетона. Продлить срок эксплуатации такого объекта можно за счет использования при его строительстве сульфатостойких цементов. Кроме того, за счет пониженного содержания тепловыделяющих компонентов и пониженной экзотермии разрешается применение таких цементов при обустройстве наружной зоны крупных гидротехнических сооружений.

Состав

Тампонажный цемент – это вяжущее, которое практически не отличается от портландцемента за исключением повышенных требований к минералогическому составу клинкера. Допускается применение добавок, оказывающих влияние на отдельные свойства материала, в связи с чем его делят на группы:

Для данного типа вяжущего разрешено применение только минеральных и некоторых синтетических добавок, среди которых:

К базовому клинкеру предъявляют строгие требования:

Особенности тампонирования

Выбор технологии зависит от цели ее проведения, состояния забоя, геологической обстановки, инженерного обеспечения бригады. Детали процесса могут уточняться по ходу работ. Для заливки часто используют гипсоглиноземистый цемент. Если в проходке присутствуют большие полости, его усиливают доломитовой мукой, целлюлозными нитями, волокнами асбеста.

Выделяют 2 разновидности тампонажа скважин:

Перед началом процедуры проводят экспертизу состояния водоносного уровня и сооружений. После составления и утверждения проекта объект блокируют. Основанием служит заявление владельца, направленное в санитарно-эпидемиологическую службу. Если речь идет о ликцидации глубокой водоносной скважины, решение принимает подрядчик, который проводил строительные работы.

Источник