Буровой цемент в строительстве

Зачем буровики заливают цемент в нефтяную скважину

Строительство скважины состоит из последовательных процессов — бурение и крепление, и сегодня мы наконец затронем второй этап

Сначала поговорим о принципах крепления скважины и используемом растворе, а в следующих статьях уже больше об оборудовании для цементирования

Дорогие мои читатели, внимательно слежу за вашими комментариями. Понимаю, что всем не угодишь, но конструктив я воспринимаю адекватно и именно он помогает развиваться! Спасибо

Для предотвращения осыпания стенок скважины, газо, нефте и водопроявлений и для изолирования продуктивных пластов стенки скважины укрепляют обсадными трубами

А для того, чтобы обсадную колонну «закрепить» используют раствор, который закачивают между стенками скважины и обсадной колонной

Этот процесс и называется крепление скважины (или тампонирование), а используемый раствор называется цементный (или тампонажный)

Закачка цементного раствора

1. Скважина заполнена буровым раствором, спущена обсадная колонна, на конце которой установлен башмак, в колонну введена нижняя пробка

2. Закачиваем заранее подсчитанный объем цементного раствора, после чего вводим верхнюю пробку

Между буровым раствором и тампонажным прокачивают буферную жидкость, но для простоты схемы пока не будем об этом

3. Закачиваем продавочный раствор до тех пор, пока не заполним нужный интервал в заколонном пространстве и верхняя пробка не «сядет» на нижнюю

Заколонное пространство — между обсадной колонной и стенками скважины

Цементировочная головка устанавливается для герметизации верхнего конца обсадной колонны и соединяется с цементировочными насосами для прокачки цементного раствора и циркуляции бурового раствора, Подача всех растворов контролируется с помощью манометра

Тампонажный раствор

Раствор, получаемый после разбавления тампонажного цемента водой (или другой жидкостью), обработанной химическими реагентами (или без них), после затвердевания образует цементный камень

После процесса цементирования проводят проверку качества цементирования и прочность цементного камня

Время схватывания раствора — очень важный показатель, т.к. цемент не должен схватиться (застыть) в процессе закачки, и при этом не должен слишком долгое время находится в жидком состоянии в затрубном пространстве (во избежании осаждения частиц)

Подробнее о составе тампонажного раствора и реагентах поговорим в следующих статьях

Буду рада конструктивной беседе в комментариях, а также лайку за статью и подписке на канал!

Источник

Тампонажный цемент: марки, состав и области 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.

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.

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 %.

Характеристики

Главными особенностями материала являются следующие показатели:

1. Высокая скорость твердения. Но при этом подвижность смешанной с водой смеси сохраняется достаточно долго.
2. Водостойкость. Раствор может твердеть даже под водой.
3. Сочетание с разными наполнителями. Причем это могут быть и поверхности, имеющие физико-химическую природу, включая и сталь.
4. Независимо от условий окружающей среды, затвердевшая смесь сохраняет прочность и целостность достаточно долго.

Классификационные особенности

• I – без добавок;
• II – с миндобавками;
• III – со спецдобавками. Они используются, чтобы регулировать плотность раствора.

Материал III типа бывает утяжелённым (Ут) и облегченным (Об). Кроме того, каждый тип материала подразделяется на виды, предназначенные для использования при нормальных (25-50), низких (15-24), умеренных (51-100) или повышенных (101-150) температурах.

Условные обозначения

1. Цемент тампонажный – ПЦТ.
2. Сульфатостойкость — СС.
3. Средняя плотность.
4. Максимально допустимая температура при выполнении работ.
5. Пластификация или гидрофобизация. Обозначаются как Пл, Гф.
6. Стандартный показатель.

Пример: ПЦТ-I-СС-100. Обозначение несет такую информацию: материал является тампонажным портландцементом, не содержащим добавок, является сульфатостойким. Предназначен для использования при температуре от 51 до 100 градусов.

ПЦТ-III-УТ1-100. Это тампонажный вид портландцемента, облегченный тип с плотностными показателями 2,1 г/см 3 . Можно работать с материалом при умеренной температуре.

ПЦТ-III-Об5-50 — цемент тампонажный. Является облегченным типом. Обладает плотностными показателями 1,5 г/см 3. Допускается к работе при нормальных температурах.

Проверка качества

Этот материал предназначен для создания гидроизоляции скважин, но нередко используется тампонажный цемент в строительстве при возведении некоторых жилых или промышленных объектов. Но чтобы материал смог выполнить предназначенную задачу, обеспечить герметичность и надежность созданного сооружения и при этом был экологически безопасным, он должен быть качественным, а состав – соответствующим сложности и особенностям поставленных задач. Для этого созданные смеси проходят проверку.

1. Плотность (удельный вес).
2. Реологические свойства.
3. Время загустевания.
4. Водоотделение.
5. Фильтрационные потери.
6. Предел прочности.
7. Устойчивость перед ультразвуком.
8. Проницаемость застывшего материала жидкостями, газом, воздухом.

Источник

Тампонажный цемент: характеристики и применение

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

Состав

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

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

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

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

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

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

Тампонажный портландцемент обладает рядом особенностей:

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

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

Маркировка

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

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

Производство материала должно производиться строго по ГОСТу и техническому регламенту.

Параметры

Тампонажный цемент по своему составу классифицируются на различные виды:

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

По плотности цементного раствора выделяют:

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

По температуре использования:

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

По степени сульфатостойкости:

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

Основные технические характеристики

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

Основными техническими показателям ТП по ГОСТу 26798.1-96 являются:

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

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

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

Области применения

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

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

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

Применение

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

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

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

Источник