Тампонажный цемент: классификация и применение

Тампонажный цемент – это разновидность портландцементов, предназначенная для изоляции труб нефтяных и газовых скважин и их защиты от давления грунтовых вод, сдвижек грунтовых пластов, негативного воздействия агрессивных сред. При затвердевании цементный раствор образует монолитную рубашку, непроницаемую для жидкостей и газов. Материал крепко сцепляется с металлической трубой и со стенками ствола, пробуренного в горной породе. Применение тампонажного цемента создает условия для безопасной эксплуатации скважин и продлевает их рабочий период. В традиционном строительстве этот вид портландцемента не используется. Исключение – устройство фундамента из буровых свай в сложных геологических условиях.

Состав и специфические особенности тампонажного цемента

В состав тампонажного цемента входят:

• клинкер – до 80 %;
• гипс – 3-5 %;
• добавки, придающие смесям заданные свойства.

Базовый состав клинкера такой же, как и у обычного портландцемента, но к его компонентам предъявляются повышенные требования. Для применения в холодных скважинах содержание трехкальциевого алюмината в клинкере должно находиться в пределах 10-13 %, алита – примерно 50 %. Для «горячих» скважин необходим клинкер с минимальным количеством трехкальциевого алюмината.

Виды тампонажных цементов

Для изоляции буровых скважин, предназначенных для нефте- и газодобычи, применяют различные виды тампонажных цементов:

• Гигроскопический. К традиционным сырьевым компонентам добавляют триэтаноламин. Это бесцветная жидкость, относящаяся к слабым основаниям.
• Облегченный. Получить составы невысокой плотности позволяют зола, трепел и другие низкоплотные добавки.
• Утяжеленный. В качестве утяжеляющих добавок используют железорудные минералы.
• Песчанистый. В основные компоненты сырьевой смеси добавляют гипс и кварцевый песок.
• Солестойкий. В смеси присутствует тонкодисперсный кварцевый песок. Такой материал защищает металлические трубы от возникновения и развития очагов коррозии при воздействии на металл грунтовых вод с высоким содержанием солей.

Когда применяют облегченный и утяжеленный тампонажный цемент?

Облегченный

Облегченные растворы востребованы при обустройстве глубоких скважин в сложных геологических условиях, в которых высока вероятность гидроразрывов. Плотность цементного раствора снижают – диатомит, трепел, зола, алюмосиликатные микросферы. Для ремонта оболочки применяют наименее плотные составы, которые получают введением в сырьевую смесь каолина и алюмосиликатных полых сфер. Такие растворы легко закачивать, они обладают прекрасной адгезией к старой оболочке, хорошо заполняют трещины и пустоты.

Утяжеленный

Этот тип ТПЦ используют для цементирования высокотемпературных скважин. В качестве утяжелителя применяется специальный железорудный концентрат. Сроки схватывания цементно-рудных смесей мало зависят от количества утяжеляющей добавки и определяются только свойствами самого ТПЦ. В такие растворы обычно вводят пластификатор, в качестве которого применяют ацетально-спиртовый стабилизатор.

Классификация и маркировка

В соответствии с ГОСТом 1581-96 ТПЦ разделяют на типы:

• I – бездобавочный;
• I-G – бездобавочный с нормированными требованиями, водоцементное соотношение в таких смесях составляет 0,44;
• I-H – бездобавочный с нормируемыми требованиями, водоцементное соотношение – 0,38;
• II – с минеральными добавками;
• III – со специальными добавками, влияющими на плотность цементного теста. По плотности теста вяжущее типа III разделяют на облегченное (Об) и утяжеленное (Ут).

По температуре эксплуатации тампонажные цементы разделяют на следующие типы:

• для пониженных и нормальных температур – +15…+50 °C;
• для умеренных температурных условий – +51…+100 °C;
• для повышенных температур – +101…+150 °C.

Типы вяжущего по сульфатостойкости:

• обычное – используется в условиях, в которых требования по сульфатостойкости не предъявляются;
• сульфатостойкое – СС, высокой сульфатостойкости – СС1, умеренной сульфатостойкости – СС2.

В условном обозначении тампонажного цемента в соответствии с ГОСТом указывают:

• буквы ПЦТ – портландцемент тампонажный;
• тип – I, I-G, I-H, II, III;
• уровень сульфатостойкости;
• среднюю плотность для вяжущего типа III – Об или Ут;
• самую высокую температуру, при которой может эксплуатироваться продукт, изготовленный на базе этого цемента;
• наличие гидрофобизирующих или пластифицирующих добавок – ГФ или ПЛ;
• обозначение ГОСТа, требованиям которого соответствует тампонажный портландцемент.

Основные технические характеристики и особенности выбора

Технические свойства тампонажных цементов в зависимости от их состава изменяются в широких пределах, что позволяет выбрать подходящий вариант для конкретных условий применения.

Основные технические показатели:

• удельная насыпная плотность – 800-1200 кг/м³;
• насыпная поверхность (зависит от крупности помола, состава клинкера, номенклатуры добавок) – 250-1500 кг/м²;
• водоцементное соотношение – 0,35-0,45;
• прочность – 27-62 кг/см², этот показатель определяют на вторые сутки после заливки раствора, в возрасте 28 дней тампонажные составы не тестируют.

При выборе подходящего типа ТПЦ учитывают:

• глубину скважины и температуру в ней;
• свойства геологических пластов;
• количество и состав солей в грунтовых водах.

Обеспечить полное соответствие требованиям ГОСТа может только свежий тампонажный цемент, при хранении которого были соблюдены нормативные условия.