Меню

Для чего нужен тампонажный цемент



Тампонажные цементы

Для обустройства и реставрации нефтяных и газовых скважин создан специальный вид вяжущего – тампонажный цемент. Он обладает уникальными в своем роде свойствами проникновения и высокой адгезии с поверхностью, благодаря чему иногда применяется при ремонте коммуникаций. Рассмотрим основные свойства этого материала, особенности и отличие от традиционного портландцемента.

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:

  1. I – бездобавочный тампонажный ПЦ, который делится на два типа:
    • I-G – с нормированными требованиями при водоцементном соотношении 0,44;
    • I-H – с установленными требованиями при в/ц 0,38;
  2. II – тампонажный цемент с добавками минерального происхождения;
  3. III – тампонажный ПЦ с регулирующими плотность теста добавками.

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

  • Триэтаноламин, способствующий повышению гигроскопичности изоляции нефтяных скважин;
  • Известняк (гипс) – добавка для расширяющихся цементов;
  • Кварцевый песок для утяжелённого и солестойкого цемента;
  • Шлаки;
  • Шпаты, гематиты и другие утяжеляющие добавки.

К базовому клинкеру предъявляют строгие требования:

  • Для холодных скважин количество алюмината трехкальциевого должно быть в пределах 10…13%, около 50% алита;
  • Для «горячих» скважин содержание СзА должно быть минимальным – процессы твердения и набора прочности происходят естественным образом при повышении температуры в шахте.

Классификация

Требования к тампонажным цементам предъявляет ГОСТ 1581-96. Он нормирует основные характеристики материала и приводит его подробную классификацию. Кроме того, документ демонстрирует деление вяжущего по нескольким ключевым признакам. Все они отражаются в маркировке цемента и принимаются к сведению при выборе компонентов для строительства.

Плотность цементного теста для ПЦТ III типа:

  • Утяжелённый (Ут) – вяжущее с утяжеляющими добавками (песок, шлак);
  • Облегченный (Об) – классический состав.

Температурный режим монтажа и эксплуатации выбирают исходя из особенностей работы шахты:

  • Низкие и нормальные (15…50)°С;
  • Умеренные (51…100) °С;
  • Повышенные (101…150) °С.

Стойкость к сульфатам, присутствующим в недрах грунтовых пород, для утяжеленных и облегчённых тампонажных цементов групп I, II, III:

  • Обычные (без специальных требований);
  • Сульфатостойкие со специальными присадками (СС).

Для типов I-G и I-H выделяют два уровня сульфатостойкости:

Степень защиты от сульфатов определяется анализом грунта при пробном или исследовательском бурении.

  • Гидрофобизированное (ГФ);
  • Пластифицированное (ПЛ).

Маркировка

По приведенным признакам тампонажного портландцемента (ПЦТ) можно расшифровать маркировку пакета. На примере ПЦТ III-Об 5-100-ГФ ГОСТ 1581-96:

ПЦТ – портландцемент тампонажный;
III-Об – третий тип уплотненного вяжущего облегченный;
5 – марка прочности тампонажного цемента. Определяется производителем;
100 – температура монтажа и эксплуатации, умеренный тип;
ГФ – гидрофобизированное вяжущее, стойкое к воде;
ГОСТ 1581-96 – нормативный документ.

Основные технические показатели

Поскольку тампонажный цемент применяется в строительстве скважин нефтедобычи и сопутствующих продуктов, его свойства строго регламентированы ГОСТом, которые настоятельно рекомендуется придерживаться производителям вяжущего.

Основные характеристики ПЦТ по ГОСТ 26798.1-96:

Свой­ство Зна­че­ние При­ме­ча­ние
На­сып­ная по­верх­ность 250…1500 м 2 /кг Па­ра­метр за­ви­сит от тон­кос­ти по­мо­ла, ми­не­ра­ло­ги­чес­ко­го сос­та­ва по­рош­ка и вклю­чён­ных в сос­тав до­ба­вок.
Плот­ность на­сып­ная удель­ная 800…1200 кг/м 3
Во­до­со­дер­жа­ние (от­но­ше­ние мас­сы во­ды к твер­дой фа­зе су­хо­го ве­щес­тва) 0,2…0,25 (в те­о­рии), 0,35…0,4 (на прак­ти­ке) Для по­лу­че­ния плас­тич­но­го рас­тво­ра до­би­ва­ют­ся 18 см рас­плы­ва ма­те­ри­а­ла по ко­ну­су АзНИИ, то есть для каж­дой пар­тии и рас­тво­ра ко­ли­чес­тво во­ды пре­вы­ша­ет нор­ми­ру­е­мое.
Под­виж­ность В пре­де­лах 18…25 см при в/ц=0,5 Ниж­ний пре­дел под­виж­нос­ти – 16 см. В та­ком сос­то­я­нии раст­вор еще со­хра­ня­ет плас­тич­ность, но она кри­тич­но низ­кая.
Срок схва­ты­ва­ния На­ча­ло – не ра­нее 1 час 45 мин, ко­нец – не поз­же 10 ча­сов Ги­дра­та­ци­он­ное твер­де­ние там­по­наж­но­го це­мен­та в шах­те за­ви­сит от сос­та­ва и усло­вий. В «го­ря­чих» сква­жи­нах ги­дра­та­ция про­ис­хо­дит ин­тен­сив­но бла­го­да­ря на­гре­ва­нию рас­тво­ра, в «хо­лод­ных» — из-за ак­тив­ных ком­по­нен­тов. Вре­мя опре­де­ля­ют ла­бо­ра­тор­но по­сред­ством иг­лы Ви­ка (от её про­вала до 1-2 мм на по­верх­нос­ти).
Во­до­отде­ле­ние при ги­дра­та­ции* 7,5…8,5 мл на 250 мл рас­тво­ра В за­ви­си­мос­ти от сос­та­ва и усло­вий твер­де­ния
Проч­ность 27-62 кг/см 2 Опре­де­ля­ет­ся на вто­рые сут­ки, клю­че­вой по­ка­за­тель. Так­же про­во­дят­ся ис­пы­та­ния об­раз­цов че­рез 8 ча­сов от фор­мов­ки (мин. 2,1 МПа при тем­пе­ра­ту­ре 38°С и мин. 10,3 МПа при 60°С). Че­рез 28 су­ток та­кой це­мент не тес­ти­ру­ют.
Усад­ка Не до­пус­ка­ет­ся Для об­ус­трой­ства неф­тя­ных и га­зо­вых шахт под­хо­дят толь­ко без­у­са­доч­ные или
рас­ши­ря­ю­щи­е­ся там­по­наж­ные це­мен­ты.
Читайте также:  Как разбить раствор цемента

*В процессе монтажа и на начальных стадиях твердения твердые и крупные фазы раствора оседают вниз, оставляя мелкие компоненты и воду на поверхности. Чтобы определить седиментационную устойчивость, принимают во внимание данный параметр.

Специфика применения

Тампонажные цементы предназначены для обустройства внешней защиты нефтеносной трубы. От состояния бетонного (цементного) слоя во многом зависит качество службы канала, как и продолжительность его эксплуатации. По этой причине к данному типу цементов предъявляют высокие требования.

Замес и заливка раствора происходят исключительно механическим способом, подача в шахту осуществляется насосной установкой. В связи с этим смесь делают подвижной, но не чрезмерно насыщенной водой.

Затвердевание происходит в условиях грунта, поэтому важен правильный выбор состава раствора, в частности – тампонажного цемента. Важно, что при гидратации и твердении не допускается усадка раствора и камня, иначе между стальной трубой и бетоном образуется прослойка, теряется функция защиты нефтеноса от окружающей агрессивной среды.

Применение цементов безусадочных и расширяющихся возможно по всей протяженности шахты и по отдельным ее частям при строительстве и ремонте.

Редко, но все же иногда тампонажные цементы применяют при ремонте коммуникаций из железобетона (канализации, вводные каналы).

В целях строительства домовых конструкций использование материала нецелесообразно – он обладает неподходящими характеристиками и дорого стоит, гораздо проще воспользоваться обычным или улучшенным портландцементом марок М300-М400, в зависимости от потребностей конструктивного элемента.

Источник

Тампонаж скважины: что это такое, когда необходимо и технология тампонирования

Тампонирование (цементирование) – процесс заполнения скважин жидким пластиком, глиной или вяжущими растворами цемента. Метод применяют для защиты конструкций от загрязнения грунтовыми водами. Таким же образом ликвидируют гидротехнические сооружения, пришедшие в негодность.

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.

Читайте также:  Марка цемента для фундамента деревянного дома

Выделяют 2 разновидности тампонажа скважин:

  • Временный. Вариант предназначен для ситуаций, когда шахту испытывают и необходимо убрать водоносные пласты. Материалом заполнения служит глина, которую подают за обсадную трубу. Метод также используют при консервации небольших конструкций.
  • Постоянный, когда цементом наполняют водозаборный ствол. Таким образом глушат старые артезианские скважины.

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.

Этапы работ по ликвидации скважины.

Когда нужно тампонирование

Необходимость цементирования скважин объясняется рядом причин:

  • заброшенностью источника;
  • уменьшением напора в стволе;
  • ухудшением качества воды;
  • угрозой заражения соседних водоносных горизонтов;
  • деформацией обсадных труб.

К этому способу цементирования прибегают для заглушки фонтанирующих скважин. Обязательному тампонажу подлежат поисковые и пробные разведывательные шахты.

Преимущества тампонирования

Технология признана оптимальным средством защиты водоносных жил от загрязнений. Процедура минимизирует риск повреждения ствола и разгерметизации стыков. Такие работы могут выполняться при потребности в дополнительной гидрологической изоляции забоя.

Тампонаж скважин позволяет защитить водоносные жилы от загрязнений.

Используемые растворы и особенности метода

Состав цементирующих веществ и характер их транспортировки уточняют в ходе предварительных расчетов.

Для этого определяют:

  • расстояние между внешней поверхностью обсадной трубы и стенками шахты;
  • глубину и конструкцию проходки;
  • состав и твердость породы.

Грамотное проектирование экономит финансовые средства.

К популярным смесям относят массу на основе портландцемента и воды, которую перекачивают насосом. Состав быстро застывает и обладает высоким уровнем прочности. Его используют для скважин, размещенных в плотной глинистой почве.

При взаимодействии с пористыми грунтами к массе добавляют бумагу, асбест и другие подобные материалы. В некоторых случаях допускается применение вспениваемых составов, способных увеличиваться в размерах по мере затвердевания.

Кроме вышеперечисленных компонентов в тампонажную смесь может входить небольшой состав, включающий в себя песок и гравий. Но ее плотность должна сохраняться жидкой. Подается масса посредством насоса на высоту до 3 м. Для дезинфекции в нее примешивают хлорную известь.

Использование стандартного строительного раствора приводит к повышенному расходу материала и увеличивает финансовые издержки.

Подготовительные работы

Подготовительный этап включает составление акта экспертизы и разработку проекта, который должен пройти согласование в органах санитарного надзора. Технические отчеты и акты о проведении работ передаются в санэпидемстанцию и коммунальные службы по завершению процедуры.

Технология

Чтобы правильно тампонировать шахту, необходимо следовать инструкции о порядке ликвидации скважин. Специалисты, которые будут проводить эти работы, должны обладать специальным допуском. Необходимо присутствие оборудования для смешивания, а также цементировочных машин.

Читайте также:  Минералогический состав глиноземистого цемента

Принцип технологического процесса заключается в том, что промежутки между стенкой и колонной труб заполняются вяжущим составом. Сам тампонаж производят на глубине, где проходит нижний водоносный горизонт.

Существует несколько способов цементирования скважин. Наиболее эффективным из них считают метод обратного тампонирования.

При его выполнении на нижнем уровне колонны, который будет подвергнут блокировке, устанавливают пробку с каналом, перекрытым диафрагмой. Верхнюю заглушку устанавливают на цементировочной головке в верхней части обсадной трубы.

Вслед за закачкой тампонажной смеси ее открывают и заливают продавливающее жидкое вещество. Под высоким давлением цементный субстрат вместе с нижней заглушкой углубляется вниз. Одновременно происходит выталкивание буровой жидкости.

При соприкосновении нижней пробки с упорным кольцом наблюдается резкое усиление давления. Под воздействием этого перемычка разрушается, и цемент протекает в затрубные полости.

Технология ликвидации скважины.

При 2-цикловом тампонировании вместо нижней пробки устанавливают заливочную муфту, после чего производят промывку, монтаж цементировочной головки и заливку вяжущего состава. Затем сквозь муфту проводят еще одну пробку, которая при взаимодействии с продавочной жидкостью проталкивает смесь вглубь.

Вслед за этим отпускают и продавливают размещенную внутри головки нижнюю пробку. Под давлением она прижимается к муфте и, смещаясь вниз, открывает сквозное отверстие.

Следующая операция может быть выполнена в 2 вариантах:

  • Способом непрерывного цементирования. По завершению тампонирования 1 цикла сразу же приступают ко 2 ступени.
  • Методом 2-циклового тампонажа с разрывом. Заливку второго сегмента трубы совершают после застывания уже закачанной смеси. На этот промежуток времени в заливочном клапане сохраняют циркуляцию бурового раствора.

После завершения подачи тампонажной смеси для второго сегмента колонны устанавливают и продавливают последнюю верхнюю пробку. Смещаясь вниз вместе с втулкой, она закроет проходное отверстие.

Оба варианта уменьшают риск затекания промывного средства в раствор цемента и ослабляют давление на почву в ходе его подъема.

Не менее эффективен для заглушки колодцев глиняный столбик. Его помещают в проходку, а затем посредством насоса выдавливают из колонны. Снаряд оборудован небольшими отверстиями для сбрасывания избыточного давления.

Более простой способ цементирования связан с заливкой раствора в середину трубы, при этом состав погружается вниз и заполняет пространство. Главным достоинством метода является простота, но качество тампонирования будет невысоким.

Время застывания цементного столба обусловлено составом вяжущей смеси и видом забоя. Эксплуатационная шахта будет готова через 24 часа, забой с кондукторной трубой – спустя 16 часов.

Спустя сутки после окончания работ в ствол опускают электрический термометр. По смене температур определяют высоту подъема раствора.

Контроль качества выполняют с помощью акустического зонда (скважинного локатора). Пустые участки определяют по диапазонам колебаний звука. Вслед за этим производят обвязку выходного отверстия скважины. Затем посредством желонки удаляют цемент и пробки.

Для проверки ствола на непроницаемость в него закачивают воду под давлением, которое на 20% превышает расчетный показатель. В том случае, если спустя 30 минут он понизится не более чем на 0,5 МПа и при этом не произойдет выделения газа и слива воды, скважину признают герметичной.

Источник