Тампонажный цемент: марки, состав и области применения
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:
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:
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:
Классификационные особенности
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
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.
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.
Классификация, маркировка и применение тампонажных цементов
Использование специального вяжущего при проведении тампонажных работ исключает воздействие агрессивных газов и сред на трубы, снижает оказываемое на них напряжение и гарантирует безопасную эксплуатацию скважин. Нужными характеристиками обладают портландцементы с ускоренными реакциями твердения, обеспечивающие высокую прочность на ранних стадиях за счет ввода в состав помола гипсового камня и особых минеральных добавок.
Состав и характеристики тампонажного цемента
Это вяжущее является разновидностью ПЦ с долей нормированного клинкера от 80 до 100 % и обязательной добавкой 2-3,5 % гипса. В качестве примесей, влияющих на итоговые свойства этой марки, используются активные минеральные компоненты (не более 12 %), кварцевый песок или известняк (в пределах 10) и доменный или электротермофосфорный шлаки (до 20). Технические условия, состав и назначение регламентированы ГОСТ 1581, тип определяется процентным соотношением клинкера и остальных добавок, точная рецептура зависит от производителя.
К отличительным особенностям относят тонкий помол, ускоренное твердение, повышенную прочность по окончании застывания и уникальную текучесть непосредственно после затворения водой. К последнему показателю предъявляются особые требования, указанная нормами скорость закачки тампонажного раствора – 1,5 м/с при довольно ограниченных размерах самого зазора. С учетом значительного давления в шахтах, возрастающего по мере их углубления, песок в такие смеси не вводится, вяжущее является единственным сухим компонентом.
Данный цемент имеет маркировку ПЦТ и в зависимости от состава и свойств разделяется на:
Стандартная маркировка включает обозначение типа, сульфатостойкости, средней плотности, максимальной температуры применения, степени гидрофикации или пластификации (ГФ или ПЛ, соответственно) и самого стандарта. Рабочие характеристики ПЦТ зависят от марки и особенностей производства и варьируются в пределах, указанных в таблице ниже:
| Наименование показателя, ед.измерения | Возможный диапазон, численное значение |
| Прочность на сжатие через 8 ч, Мпа | При твердении при температуре 38°С – 2,1 60 °С – 10,3 |
| Прочность на изгиб, МПа | От 0,7 до 3,5 в зависимости от марки ПЦ |
| Тонкость помола: Остаток на сите с сеткой №008, %, не более Удельная поверхность, м 2 /кг | |
| Водоотделение, мл, не более | 7,5-10 |
| Растекаемость теста, мм, не менее | Для непластифицированного – 200 ПЛ – 220 |
| Время загустевания до консистенции 30, мин, | От 90 |
Приведенные характеристики обязательно указываются в прилагаемом сертификате качества наряду с информацией об объеме партии и дате изготовления тампонажного цемента. По аналогии с обычными марками он сохраняет полезные свойства не более 6 месяц и теряет активность при открытом контакте с воздухом или подсосе влаги. Время твердения после затворения водой зависит от температуры в скважине и доли хлористого калия или натрия хлора в составе и регулируется путем ее изменения. В пределах свыше 60 °С диапазон варьируется от 100 минут до 10 ч, ниже – от 2 до 12 часов.
Сфера применения
Главным назначением этого портландцемента является тампонирование газовых и нефтяных скважин. Данный процесс представляет заделку раствором свободного пространства между стенками ствола и обсадной трубой, после застывания полученная прослойка обеспечивает надежную защиту от подземных вод или подвижек слоев с разной плотностью. Заполнение может быть частичным или полным, в зависимости от параметров грунта. Слой бетона на их основе также защищает сталь от коррозийных и агрессивных воздействий. В индивидуальном и жилом строительстве использование нецелесообразно, исключение делается лишь при закладке буровых свай под фундаменты в особо сложных условиях. Помимо защиты труб ПЦТ помогает уменьшить глубину скважины, укрепить ее дно или устранить повреждения обсадных колон.
Конкретная марка подбирается исходя из условий эксплуатации и глубины сверления. При бурении скважины на болотистых или песчаных участках, или при закладке их глубже 2 км предпочтение отдается облегченным видам (в этом случае рекомендуется купить ПЦТ-III-об-5-100).
Одним из ключевых ориентиров также служит температура в шахте. Условно все скважины разделятся на холодные и горячие, использование ПЦ в каждом случае должно быть оправданным и целевым.
В отличие от обычного бетона в тампонажные смеси не вводится песок или какой-либо крупный наполнитель, снижающий их текучесть. Чем глубже закладывается скважина, тем выше требования к пластичности. Доля воды достигает 50 % от веса тампонажного цемента, получаемое тесто имеет очень жидкую консистенцию и заливается в зазоры или на дно незамедлительно. Марочный продел прочности на сжатие достигается через 8 часов, на изгиб – 1-2 суток. Качество ПЦТ можно проверить заранее путем просеивания сквозь сито, остаток в решете не должен превышать нормируемую величину.
Цемент чаще всего поставляется россыпью железнодорожным или автомобильным транспортом, или упакованным в биг-бег весом от 1 т и выше, фасовка в мягких бумажных мешках по 50 кг встречается реже. Изготовлением вяжущего, соответствующего требованиям ГОСТ 1581, занимаются многие российские производители, лучшие отзывы имеет продукция УК Востокцемент (ОАО Спасскцемент), ГК Минерал Ресурс, ОАО Сухоложскцемент, Горнозаводскцемент, Холсим (рус), филиал ООО Хайдельбергцемент рус, ООО Дюккерхофф Коркино Цемент и ЗАО Жигулевские Стройматериалы.
Основная линия расположена в Уральском регионе, среди проверенных временем дилеров, предлагающих купить материал по доступным ценам и работающих непосредственно с изготовителями, выделяют фирмы ООО Восток-ПермТехКомплект, Уралметснаб и Стройснаб, ГК Бесто. Оптовые партии обходятся в разы дешевле, ориентировочная стоимость приведена в таблице:
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
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.
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.
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.
| Наименование показателя, ед.измерения | Возможный диапазон, численное значение |
| Прочность на сжатие через 8 ч, Мпа | При твердении при температуре 38°С – 2,1 60 °С – 10,3 |
| Прочность на изгиб, МПа | От 0,7 до 3,5 в зависимости от марки ПЦ |
| Тонкость помола: Остаток на сите с сеткой №008, %, не более Удельная поверхность, м2/кг | |
| Водоотделение, мл, не более | 7,5-10 |
| Растекаемость теста, мм, не менее | Для непластифицированного – 200 ПЛ – 220 |
| Время загустевания до консистенции 30, мин, | От 90 |
Данные характеристики тампонажного цемента приводятся в сертификате на продукцию вместе с информацией о дате изготовления и объеме партии материала.
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:
Чтобы готовый монолит отвечал всем требованиям, важно использовать свежий тампонажный цемент, который хранился в герметичной упаковке.