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:
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:
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:
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:
Производство материала должно производиться строго по ГОСТу и техническому регламенту.
Параметры
Тампонажный цемент по своему составу классифицируются на различные виды:
По плотности цементного раствора выделяют:
По температуре использования:
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:
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.
Применение тампонажного цемента, его классификация и маркировка
Одним из уникальных подвидов портландцемента является тампонажный цемент. Он используется в тампонажных работах, цель которых — исключить влияние агрессивных газов и сред на трубы при бурении скважин, снизить давление на них и гарантировать их безопасную эксплуатацию.
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.
Технические характеристики
Тампонажный цемент характеризуется следующими техническими параметрами:
Помимо этого, нормируется также тонкость измельчения клинкера и лимит прочности на изломе макета из затвердевшей смеси.
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.
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.
Подбор каждой конкретной марки ПЦТ осуществляется с учетом условий использования и глубины скважины. Бурение на болоте или в песчаном грунте, либо закладка скважин глубже 2000 м предполагает применение облегченных видов (в данной ситуации — рекомендована марка ПЦТ-III-об-5-100).
Важное значение при работе с ПЦТ имеет температура в шахте. При высокой температуре, пульпа затвердевает в период от 90 минут до 10 часов. Более горячая температура способствует быстрейшему схватыванию раствора. При использовании в холодной скважине (либо если материал применяется для гидроизоляции при возведении сооружений зимой) затвердение начинается по истечении 120-180 минут и может завершиться через двадцать часов. Более длительный период застывания у солестойкого цемента.
Тампонажный цемент, что это такое
Назначение буровых смесей
Циркуляция воды в скважине способствует прочистке отверстия, чем помогает бурительному и заделочному процессам. При условии, что используется активный состав с дополнительными эксплуатационными свойствами, можно рассчитывать на целый ряд других эффектов, среди которых следующие:
Модификация свойств буровой смеси
Корректировка тех или иных качеств не всегда возможна обычными средствами и материалами, поэтому целесообразнее использовать специальные присадки и добавки, которые эффективно и точечно изменяют нужные свойства. В их числе отмечаются следующие модификаторы:
Добавки, улучшающие свойства тампонажных растворов
Для улучшения рабочих характеристик промывочного тампонажного раствора в качестве дополнительно используемых добавок используются:
Общим недостатком практически всех цементных смесей является низкая коррозионная стойкость полученного цементного камня, усадка его во время дальнейшей эксплуатации и возможность проникновения вод через поры.
Общее понятие о цементе тампонажном
Цемент — это общее название вяжущего материала в строительной отрасли, Цемент — один из важнейших строительных материалов. При затворении водой цемент сначала представляет собой пластичную массу, затем твердеет до состояния камня. Цемент используется совместно с наполнителями, в виде щебня и песка.Цемент тампонажный (портландцемент тампонажный) — это разновидность портландцемента, предназначенного для цементирования нефтяных и газовых скважин. Данный цемент изготовляют совместным тонким измельчением клинкера и гипса.
По температурному режиму применения цемент тампонажный выпускается в двух видах:
Цемент тампонажный облегченный (портландцемент тампонажный облегченный) — представляет собой сухую смесь цемента тампонажного и облегчающей добавки. Отсюда и характеристика «облегченный» в наименовании. Если у цемента тампонажного плотность составляет 1,7 г/см3, то у облегченного 1,4-1,6 с погрешностью 0,04 г/см3. Значение плотности зависит от количества в цементе облегчающей добавки. По требованиям ГОСТ 1581-96, ее количество в процентном соотношении не должно превышать 70%.
Основа для состава тампонажной смеси
Для создания буровых растворов применяются пластические и тонкодисперсные глины с минимальными включениями песка, которые вместе с водой могут образовывать вязкую суспензию с длительным периодом оседания. При разработке газовых и нефтяных скважин специалисты рекомендуют использовать щелочные виды монтмориллонитовых глин, а также глинопорошки. Кроме того, в состав тампонажного раствора входит техническая вода, гидрогели и солевые компоненты. Современные смеси включают инвертную эмульсию, известково-битумные основы и полимерные компоненты. Соотношения между ингредиентами и конкретный их набор зависит от эффекта, который необходимо достичь, и условий применения раствора. В любом случае к нежелательным компонентам относятся примеси наподобие гипса и растворимых минералов, которые понижают стабильность вязкого глинистого сырья.
1 Характеристики
5.1.1 Вещественный состав
цементов всех типов должен соответствовать значениям, указанным в таблице 1.
5.1.2
Требования к физико-механическим показателям, характеризующим
тампонажно-технические свойства цемента типов I-III, приведены в таблицах 2 и 3, а цемента типов I-G и I-H — в таблице 4.
5.1.3 Требования к
химическим параметрам цементов приведены в таблице 5.
Таблица 1 В
процентах
Специальная добавка — облегчающая (в том
числе природная пуццолановая) или утяжеляющая