Для чего нужен тампонажный цемент

Вопрос 3. Тампонажные цементы. Регулирование свойств цементного раствора

Цементы и другие вяжущие вещества, применяемые для тампонирования скважин, называются тампонажными материалами.

Тампонажный цемент — продукт, состоящий из смеси вяжущих веществ (портландцемента, шлака, извести, пластмасс и др.), минеральных (кварцевого песка, асбеста, глины, шлака и др.) или органических (отходов целлюлозного производства и др.) добавок, способствующих образованию после затворения водой или другой жидкостью раствора, за­твердевающего в прочный цементный камень.

В зависимости от жидкости затворения различают следую­щие тампонажные растворы: водные, водно-эмульсионные (водонефтяные), нефтецементные (дизельное топливо, предельный керосин, безводные нефти и др.), а по времени начала схва­тывания — быстро схватывающиеся со сроком схватывания ме­нее 40 мин; ускоренно схватывающиеся (от 40 мин до 1 ч 20 мин), нормально схватывающиеся (от 1 ч 20 мин до 2 ч), медленно схватывающиеся (более 2 ч).

Для цементирования скважин используют различные сорта тампонажного портландцемента, показатели которых опреде­ляются техническими условиями.

Тампонажные цементы должны обладать: замедленным на­чалом схватывания; ускоренным началом твердения с соответ­ствующей этому моменту высокой прочностью; низкой прони­цаемостью после схватывания и твердения; большой теку­честью; высокой плотностью.

В зависимости от температуры испытания и условий при­менения различают три класса тампонажных цементов:

а) для «холодных» скважин (ХЦ) с температурой испытания 22±2 ? С;

б) для «горячих скважин» (ГЦ) с температурой испыта­ния 75±3°С;

в) для глубоких высокотемпературных скважин (ВЦ), которые в свою очередь подразделены на несколько групп (до 100, 120, 150, 170 и 200 °С).

Для цементирования скважин при температуре на забое до 40 °С применяют тампонажный цемент для «холодных» сква­жин, при температуре до 75 °С — тампонажный цемент для «горячих» скважин, при температуре выше 75°С — специаль­ные цементы для сверхглубоких скважин.

Данные о сроках схватывания цементных растворов и проч­ности образцов цементного камня для «холодных» и «горячих» скважин приведены в табл. V.2.

Начало схватывания цементного раствора характеризуется потерей подвижности и загустеванием раствора. На схваты­вание цементного раствора в скважине влияет водо-цементное отношение, степень помола, присутствие и состав воды, нефти и газа, температура и давление.

Водоцементное отношение — отношение массово­го количества воды к массовому количеству сухого цемента (В: Ц). Для цементирования скважин применяют тампонаж­

Тампонажный цемент в строительстве: что это такое, где применяют, состав, технические характеристики

Особенности тампонажного цемента

Раствор для тампонажных работ приготавливают из цемента со специфическими свойствами. Материал:

• имеет тонкий помол;
• затвердевает в короткие сроки, при этом смесь цемента с водой долго сохраняет текучесть, что позволяет ее свободно закачивать;
• схватывается и затвердевает, несмотря на контакт с водой;
• совместим с разнообразными добавками.

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:

• Гигроскопический. Добавкой служит триэтаноломин.
• Песчанистый. К основному составу добавляют гипс, кварцевый песок.
• Утяжеленный. В число утяжеляющих добавок входят железнорудные минералы (магнетит, гематит, шпальт).
• Солестойкий. Тонкоизмельченный кварцевый песок, добавленный в раствор, позволяет создать материал, защищающий трубы от коррозии под воздействием грунтовых вод с высоким содержанием соли.

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:

• Бездобавочным (I, I-G, I-H), с добавлением минеральных веществ (II), с примесями, регулирующими плотность состава (III).
• Утяжеленным (Ут), облегченным (Об);
• Для применения при низких и нормальных (15-50°С), умеренных (51-100°С) и повышенных (101-150°С) температурах;
• Обычным и сульфатостойким (СС).

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.

Удельная поверхность, м2/кг

Данные характеристики тампонажного цемента приводятся в сертификате на продукцию вместе с информацией о дате изготовления и объеме партии материала.

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.

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.

Устройство тампонажного слоя

При сооружении фундамента мелкого заложения в случае большого притока грунтовых вод в котловане приходится укладывать тампонажный слой бетона под фундаментом (рис. 2.8).

Технология укладки тампонажного бетонного слоя методом вертикально перемещаемой трубы (ВПТ) состоит в следующем:

• на подмостях (размещенных, например, на ограждении), устанавливают бетонолитные трубы, состоящие из звеньев длиной 3–4 м, которые соединяют фланцевыми стыками; в верхней части трубы снабжены воронками, каждая емкостью по 1,2–1,5 м;
• в горловине воронки устраивают пробку (например, из мешковины, заполненной паклей), прикрепленную проволокой к верху воронки;
• бетонолитную трубу опускают нижним концом в воду на дно котлована;
• в приемный бункер подается порция литой бетонной смеси с осадкой конуса 16–18 см, полностью заполняющая бункер;
• проволоку, соединяющую пробку с верхом воронки, обрубают. Масса бетонной смеси, вытесняя воду, устремляется по трубе вниз. При большой длине бетонолитной трубы одновременно с открытием заслонки в горловине бункера над воронкой открывают бадью с бетонной смесью. В противном случае отжатия воды из трубы может не произойти;
• если бетонная смесь не доходит до нужного уровня, трубу немного приподнимают краном и сразу же осаживают на дно котлована;
• в приемный бункер подается новая порция бетонной смеси.

По мере бетонирования литая бетонная смесь постепенно растекается по котловану. С водой соприкасается только верхний слой бетона, т.к. бетонная смесь подается внутрь ранее уложенного объема. После откачки воды из котлована слабый верхний слой бетона необходимо удалить. В процессе укладки бетона методом ВПТ бетонолитную трубу после загрузки в нее порции бетонной смеси слегка наддергивают и быстро осаживают. Это делается, чтобы в любом случае обеспечить заглубление трубы в бетонную смесь не менее чем на 0,8 м и не более чем на 2 м. Мастер обязан непрерывно делать промеры уровня бетона и контролировать достаточность погружения конца трубы в слой бетона.

Рис. 2.8 – Подводное бетонирование по методу ВПТ: a – общая схема; б – порядок работ; 1 – бетонолитная труба; 2 – воронка; 3 – подводный бетон; 4 – клапан; 5 – пробка

Для бетонирования водозащитной подушки в котловане используют несколько бетонолитных труб, которые размещают так, чтобы обслуживаемые ими площади участков перекрывали бетонируемую площадь, накладывала, одна на другую.

Радиус действия бетонолитной трубы R, м, определяется из выражения

где К – показатель сохранения подвижности бетонной смеси, – время, за которое осадка конуса уменьшается до 0,15 м (К = 0,65 ч);

I – интенсивность бетонирования, принимаемая для котлованов не менее 0,3 м3/м2ч (желательно, чтобы эта величина составляла 1–1,2 м3/м2ч, тогда R = 3–4,5 м).

Бетонирование начинают с одной из труб, расположенных у края котлована. Следующая труба включается в работу после того, как бетонная смесь, растекаясь по площади котлована, покроет нижний конец трубы на 30–40 см. При бетонировании несколькими трубами укладка бетонной смеси осуществляется последовательно. Расстояние между соседними трубами не должно превышать 0,7 радиуса действия трубы.

Осуществляя подводное бетонирование, нельзя допускать прорыва воды внутрь трубы. Если же это случилось, надо прекращать процесс бетонирования. Его можно возобновить немедленно, если перерыв не превысил время сохранения подвижности бетонной смеси. Если это время превышено, бетонирование можно продолжать только после достижения подводным бетоном прочности 2–2,5 МПа,

При укладке литой бетонной смеси получается подводный бетон низкой прочности (если расход цемента составляет 400 кг/м3, бетон получится прочностью всего в 10–15 МПа).

Когда есть необходимость получить подводный бетон более высокой прочности, надо резко увеличить расход цемента до 600 кг/м3 и повысить жесткость бетонной смеси. Но жесткая бетонная смесь плохо растекается по котловану, поэтому при ее укладке необходимо применять вибрирование. Для получения жестких бетонных смесей с осадкой конуса 6–10 см к концевому (нижнему) звену трубы длиной до 20 м жестко крепится один вибратор (вибробулава) или два, если длина трубы превышает 20 м. Вибрирование облегчает прохождение смеси по трубе и ее растекание по площади котлована. Максимальный радиус распространения жесткой бетонной смеси при подводном бетонировании с вибрированием составляет 3 м. Вынужденный перерыв в бетонировании не должен превышать 1,5 ч.

Минимальная толщина тампонажного слоя бетона, укладываемого на грунтовое дно, определяется по расчету из условия (hбabγб + G = hwγwab) – равенства веса подушки и гидростатического выталкивающего воздействия воды (с коэффициентом запаса 1,1), но не менее 1,5 м. Водоотлив из котлована разрешается только после набора подводным бетоном прочности не менее 5 МПа. Подводный массив, сооружаемый методом ВПТ, следует доводить до отметки, на 10 см превышающей проектную отметку, чтобы была возможность удалить верхний слабый слой бетона после откачки воды из котлована.

Тампонажные материалы и оборудование для цементирования скважин

тампонажные материалы. это такие материалы, которые при затворении водой образуют суспензии, способные затем превратиться в твердый непроницаемый камень.

в зависимости от вида вяжущего материала тампонажные материалы делятся на: 1) тампонажный цемент на основе портландцемента; 2) тампонажный цемент на основе доменных шлаков; 3) тампонажный цемент на основе известково-песчаных смесей; 4) прочие тампонажные цементы (белиловые и др.).

при цементировании скважин применяют только два первых вида — тампонажные цементы на основе портландцемента и доменных шлаков.

к цементным растворам предъявляют следующие основные требования:

¨ подвижность раствора должна быть такой, чтобы его можно было закачивать в скважину насосами, и она должна сохраняться от момента приготовления раствора (затворения) до окончания процесса продавливания;

¨ структурообразование раствора, т. е. загустевание и схватывание после продавливания его за обсадную колонну, должно проходить быстро;

¨ цементный раствор на стадиях загустевания и схватывания и сформировавшийся камень должны быть непроницаемы для воды, нефти и газа;

¨ цементный камень, образующийся из цементного раствора, должен быть коррозионно- и температуроустойчивым, а его контакты с колонной и стенками скважины не должны нарушаться под действием нагрузок и перепадов давления, возникающих в обсадной колонне при различных технологических операциях.

¨ в зависимости от добавок тампонажные цементы и их растворы подразделяют на песчаные, волокнистые, гельцементные, пуццолановые, сульфатостойкие, расширяющиеся, облегченные с низким показателем фильтрации, водоэмульсионные, нефте-цементные и др.

в настоящее время номенклатура тампонажных цементов на основе портландцемента и шлака содержит:

* тампонажные портландцементы для «холодных» и «горячих» скважин («холодный» цемент — для скважин с температурой до 50 0 с, «горячий» — для температур до 100 0 с, плотность раствора 1,88 г/см 3 );

* облегченные цементы для получения растворов плотностью 1,4 — 1,6 г/см 3 на базе тампонажных портландцементов, а также на основе шлакопесчаной смеси (до температур 90 — 140 0 с), в качестве облегчающих добавок используют глино-порошки или молотые пемзу, трепел, опоку и др.;

* утяжеленные цементы для получения растворов плотностью не менее 2,15 г/см 3 на базе тампонажных портландцементов для температур, соответствующих «холодным» и «горячим» цементам, а также шлакопесчаной смеси для температур 90 — 140 0 с (в качестве утяжеляющих добавок используют магнетит, барит и др.);

* термостойкие шлакопесчаные цементы для скважин с температурой 90 — 140 и 140 — 180 0 с;

* низкогигроскопические тампонажные цементы, предназначенные для длительного хранения.

регулируют свойства цементных растворов изменением водоцементного отношения (в:ц), а также добавлением различных химических реагентов, ускоряющих или замедляющих сроки схватывания и твердения, снижающих вязкость и показатель фильтрации.

в практике бурения в большинстве случаев применяют цементный раствор с в:ц = 0,4 — 0,5. нижний предел в:ц ограничивается текучестью цементного раствора, верхний предел — снижением прочности цементного камня и удлинением срока схватывания.

к ускорителям относятся хлористые кальций, калий и натрий; жидкое стекло (силикаты натрия и калия); кальцинированная сода; хлористый алюминий. эти реагенты обеспечивают схватывание цементного раствора при отрицательных температурах и ускоряют схватывание при низких температурах (до 40 °с).

замедляют схватывание цементного раствора также химические реагенты, такие как гидролизованный полиакрилонитрил, карбоксиметилцеллюлоза, полиакриламид, сульфит-спиртовая барда, конденсированная сульфит-спиртовая барда, нитролигнин. перечисленные реагенты оказывают комбинированное действие. все они понижают фильтрацию и одновременно могут увеличивать или уменьшать подвижность цементного раствора.

для приготовления цементного раствора химические реагенты растворяют предварительно в жидкости затворения (вода). утяжеляющие, облегчающие и повышающие температуростойкость добавки смешивают с вяжущим веществом в процессе производства (специальные цементы) или перед применением в условиях бурового предприятия (сухие цементные смеси).

К оборудованию, необходимому для цементирования скважин, относятся: цементировочные агрегаты, цементно-смесительные машины, цементировочная головка, заливочные пробки и другое мелкое оборудование (краны высокого давления, устройства для распределения раствора, гибкие металлические шланги и т. п.).

цементировочные агрегаты. при помощи цементировочного агрегата производят затворение цемента (если не используется цементно-смесительная машина), закачивают цементный раствор в скважину, продавливают цементный раствор в затрубное пространство. кроме того, цементировочные агрегаты используются и для других работ (установка цементных мостов, нефтяных ванн, испытание колонн на герметичность и др.).

с учетом характера работ цементировочные агрегаты изготовляют передвижными с монтажом всего необходимого оборудования на грузовой автомашине. на открытой платформе автомашины смонтированы: поршневой насос высокого давления для прокачки цементного раствора; замерные баки, при помощи которых определяют количество жидкости, закачиваемой в колонну для продавки цементного раствора; двигатель для привода насоса.

для цементирования обсадных колонн в основном применяют цементировочные агрегаты следующих типов: ца-320м, зца-.400, зца-400а и др. (ца — цементировочный агрегат, цифры 320 и 400 соответственно 32 и 40 мпа — максимальное давление, развиваемое насосами этих цементировочных агрегатов).

для централизованной обвязки цементировочных агрегатов с устьем скважины применяют блок манифольдов. он состоит из коллектора высокого давления для соединения ца с устьем скважины и коллектора низкого давления для распределения воды и продавочной жидкости, подаваемой к ца. блок манифольдов, как правило, оборудован грузоподъемным устройством.

цементно-смесительные машины. цементирование осуществляется при помощи цементно-смесительных машин. применяются различные типы цементно-смесительных машин: см-10, 2смн-20, спм-20 др. в данном случае цифры 10, 20 и т. п. обозначают количество цемента (в т), которое возможно поместить, в бункер смесительной машины.

цементировочные головки предназначены для промывки скважины и проведения цементирования. спущенная обсадная колонна оборудуется специальной цементировочной головкой, к которой присоединяются нагнетательные трубопроводы (манифольды) от цементировочных агрегатов.

в настоящее время применяются цементировочные головки цгз, гцк, гц5-150, снпу, 2гуц-400 и др. так как в конструктивном отношении все перечисленные головки имеют сходство, то рассмотрим в качестве примера одну из них.

при двухступенчатом цементировании используются специальные цементировочные пробки.

Дата добавления: 2016-06-18 ; просмотров: 5575 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Применение — тампонажный цемент

Применение тампонажного цемента ЦТУК-120 позволяет повысить качество цементирования скважин, пробуренных в сложных геолого-технических условиях, и увеличить межремонтный период при эксплуатации скважин. [1]

Применение тампонажного цемента типа ЦТОК позволяет качественно цементировать скважины со сложными геолого-техническими условиями, увеличить межремонтный период эксплуатации скважин. Вследствие гидрофобности керогена цемент типа ЦТОК отличается повышенной сохраняемостью. Коррозионная стойкость камня обеспечивается химической стойкостью керогена и сравнительно низким водосодержанием ( В / Ц) раствора. [2]

Применение тампонажного цемента типа ЦТУК-120 позволяет повысить качество цементирования скважин, пробуренных в сложных геолого-технических условиях, и увеличить межремонтный период при эксплуатации скважин. [3]

Применение тампонажного цемента типа ЦТОК позволяет качественно цементировать скважины со сложными геолого-техническими условиями, увеличить межремонтный период эксплуатации скважин. Вследствие гидрофобное керогена ЦТОК отличается повышенной сохраняемостью. Коррозионная стойкость камня обеспечивается химической стойкостью керогена и сравнительно низким водосодержанием ( В / Ц) раствора. [4]

Рациональные области применения тампонажных цементов приведены в ГОСТ 25597 — 82 Цементы тампонажные. [5]

Длительное гидротермальное воздействие, характерное для условий применения тампонажных цементов , делает возможным использование мелкого кварцевого песка без измельчения. Несмотря на то что он неполностью вступает в химическую реакцию, повышенная скорость его поверхностного растворения при высоких температурах обеспечивает значительное повышение термостойкости при увеличении содержания по сравнению с молотым песком. [6]

Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность и эффективность применения безгипсового тампонажного цемента ЦНУБ для цементирования обсадных колонн в криолитозоне. [7]

Контракционный эффект пропорционален глубине гидратации цемента, в связи с чем при изучении этого явления большое внимание следует уделять одной из важнейших особенностей применения тампонажных цементов — перемешиванию растворов при закачивании и транспортировании их в затрубное пространство. Процесс гидратации цемента при этом протекает более интенсивно. [8]

Контракциошшй аффект пропорционален глубине гидратации цемента, в связи с чем при изучении этого явления большое внимание следует уделять одной из важнейших особенностей применения тампонажных цементов — перемешиванию растворов при закачке и транспортировке их в затрубное пространство. Процесс гидратации цемента при этом протекает более интенсивно. [9]

Согласно экспериментальным данным цементный камень, сформировавшийся в заколонном или межколонном пространстве, свободном от бурового раствора при гидротермальных условиях, соответствующих температурному диапазону применения тампонажных цементов , является практически непроницаемым для пластовых флюидов. Каналообразование в заколонном пространстве развивается в тех случаях, когда в интервале разобщения пластов остается некоторое количество бурового раствора, а также фильтрационная корка, в контакте с которыми оказывается твердеющий цементный камень. [10]

Испытания коррозионной стойкости строительных цементов ( главным образом для гидротехнических сооружений) проводятся с применением различных ускоренных методов. Некоторые из них заключаются в наблюдений за изменением прочности при выдерживании в агрессивной среде образцо. Ввиду специфических особенностей применения тампонажных цементов ( использование их в виде водо-цементпых пульп без мелкого и крупного заполнителя и контакт с сильноминерализованными пластовыми водами) эти методы определения коррозионной стойкости к ним неприменимы. [11]

Температура горных пород в процессе бурения значительно влияет на вязкость, статическое напряжение сдвига ( СНС) и водоотдачу бурового раствора: чем выше температура горных пород, тем труднее поддерживать эти параметры в допустимых пределах. Иногда кроме термостойких реагентов для прохождения таких зон требуются различные несовместимые системы буровых растворов, что вызывает необходимость разобщения подобных зон обсадными колоннами. Значительная разность температур требует применения тампонажных цементов разных типов . [12]

Тампонажный камень обладает высокой трещиноустойчивостыо как в чистом виде, так и с наполнителями, если он контактирует с жестким основанием, в частности с горными породами. При наличии каверн за цементным камнем трещинообразования прослеживаются во всех случаях при залповой перфорации. Однако в меньшей степени они возникают, если в качестве добавок в цемент введены глины, волокнистые, асбестовые и другие материалы. Для снижения возможных трещинообразований тампонажного камня при перфорации необходимо в первую очередь в зоне прострела обеспечивать полное вытеснение бурового раствора. Это есть радикальное мероприятие. Желательным является применение тампонажных цементов с наполнителями. Все это говорит о непригодности тампонажного цемента для разобщения пластов по по казателю трещинообразования. [13]

Для чего нужен тампонажный цемент

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности к тампонажным материалам, и может быть использовано при цементировании глубоких скважин на месторождениях, имеющих поглощающие пласты и пласты, склонные к гидроразрыву.

В настоящее время для крепления скважин в указанных условиях используют облегченные тампонажные цементы. Технологическая практика показывает, что наилучший результат при креплении скважин достигается при использовании цементов, содержащих облегчающие добавки. Наиболее перспективным является применение облегчающих добавок на базе неорганического сырья, в частности высокодисперсных кремнийсодержащих веществ.

Известен облегченный тампонажный цемент [1, 2, 3], получаемый совместным помолом портландцемента с облегчающими добавками. При данном способе получения цемента облегчающие добавки требуют предварительной сушки. Кроме того, происходит двойное измельчение портландцемента, повышающее энергозатраты при получении цемента. Кроме того, сроки их хранения не превышают 3 месяцев.

Известна тампонажная композиция и способ ее получения [4]. Способ получения заключается в том, что облегчающую добавку, в качестве которой используется резиновая крошка, предварительно замачивают в жидком стекле, затем смешивают с цементом с последующей выдержкой в течение 3-24 часов при 80-90°С и полученный продукт измельчают в дезинтеграторе до крупности портландцемента.

Данный способ требует дополнительного оборудования и длительного времени (до 24 часов) для выдерживания указанной массы при температуре 80-90°С, что приводит к удорожанию стоимости цемента.

Известен способ приготовления дисперсно-армированного тампонажного материала [5], отличающийся тем, что с целью повышения прочности, ударной стойкости камня смешение ингредиентов портландцемента, лигносульфоната и асбеста производят при одновременном измельчении их в шаровой мельнице в течение 25-45 мин. Недостатком этого способа является необходимость предварительной сушки асбеста и повторный помол портландцемента.

Известен способ получения тампонажных цементов [6, 7]. По этому способу совместный помол охлажденного клинкера (с влажностью 1,0-1,5%), воздушно-сухого гипса (с влажностью не более 10-12%) и добавок не более 5-7% (с влажностью 6-10%) до 10% и шлака (с влажностью 12-15%) до удельной поверхности 280-300 кв.м/кг. Недостатком способа является дополнительная сушка материалов перед помолом.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является облегченный тампонажный цемент, включающий, мас.%: природный двуводный гипс 3-8%, облегчающую добавку — трепел, диатомит, опоку 5-20, цементный клинкер — остальное. Цемент получают совместным помолом указанных компонентов до остатка на сите 008 5-10% [8].

Недостатком способа является дополнительная сушка материалов перед помолом, увеличение выброса твердой пыли в атмосферу, недостаточно низкая плотность раствора и низкая прочность получаемого цементного камня, а также и низкий срок хранения цемента.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что облегченный тампонажный цемент, включающий клинкер, природный гипс двуводный, облегчающую добавку, отличается тем, что он содержит в качестве облегчающей добавки трепел или диатомит, или глиеж и дополнительно силикагель, имеет удельную поверхность 700-900 кв.м/кг и гранулометрический состав, характеризующийся остатком на ситах: 0,315-0,1%; 0,25-0,1%; 0,16-0,2%; 0,1-1,5%; 0,08-2,1% и прошедших через сито 0,08 — остальное, при следующих соотношениях компонентов, мас.%: клинкер 55,0-63,0; гипс 5,5; облегчающая добавка 30,0-38,0; силикагель 1,0-1,5.

Способ получения облегченного тампонажного цемента по пункту 1, включающий совместный помол клинкера с температурой 300-350°С, двуводного гипса с влажностью 10-12%, облегчающие добавки с влажностью 15-18% и силикагеля до удельной поверхности 700-900 кв.м/кг и гранулометрического состава, характеризующегося остатком на ситах: 0,315-0,1%; 0,25-0,1%; 0,16-0,2%; 0,1-1,5%; 0,08-2,1% и проходом через сито 0,08 — остальное.

Таким образом, в предлагаемом изобретении используется новый ингредиент и новая технология, что дает основание утверждать о соответствии предлагаемого решения критерию «новизна».

В научно-технической и патентной литературе ранее не приводились сведения об использовании комплексной технологии получения облегченных цементов, включающей в качестве облегчающей добавки силикагель, и помол ингредиентов с горячим клинкером. Применение силикагеля обеспечивает повышение сроков хранения цемента за счет снижения естественной влажности цемента и уменьшения его комкования.

Использование при помоле цемента горячего клинкера позволяет получить неизвестный ранее эффект выгорания органических остатков, содержащихся в добавках. Это приводит к увеличению активного аморфного кремнезема, что в свою очередь способствует сокращению времени структурообразования и повышению прочности камня в ранние сроки твердения. Кроме того, наблюдается высушивание облегчающих добавок в процессе помола и, как следствие, повышение удельной поверхности получаемого цемента, что обеспечит требуемый результат — понижение плотности цементного раствора при сохранении высокой прочности получаемого камня.

Таким образом, сказанное выше указывает на соответствие заявляемого изобретения критерию «изобретательский уровень».

В предлагаемом изобретении использовались:

Клинкер Стерлитамакского ОАО «Сода»;

Трепел Брянского месторождения;

Диатомит Инзенского месторождения;

Глиеж (глина естественная жженая) Кумертауского угольного разреза;

Пример реализации изобретения.

Клинкер с температурой 300-350°С подается в шаровую мельницу, в которую через дозаторы в необходимых количествах подаются ингредиенты: облегчающие добавки с влажностью по мас.% 15-18, двуводный гипс с влажностью 10-12% и силикагель. В шаровой мельнице происходит измельчение компонентов до удельной поверхности 700-900 кв.м/кг и получение цемента с заданным гранулометрическим составом.

В качестве примера рассмотрим технологию приготовления облегченного тампонажного цемента, состав 2 таблицы.

Для приготовления облегченного цемента было взято 5500 г цементного клинкера с температурой 330°С, 550 г природного двуводного гипса с влажностью 12%, 3800 г трепела с влажностью 17% и 150 г силикагеля. Смесь размалывалась в лабораторной шаровой мельнице со специально подобранными размерами шаров до удельной поверхности 850 кв.м/кг. При этом гранулометрический состав смеси характеризовался остатком на ситах: 0,315-0,1%; 0,25-0,1%; 0,16-0,2%; 0,1-1,5%; 0,08-2,1%, проход через сито 0,08 — 96%.

Из полученного облегченного цемента готовился раствор с водоцементным отношением 0,9, у которого определялись растекаемость, плотность. Из раствора готовились образцы для испытания на изгиб и сжатие. Испытания полученного облегченного цемента проводились согласно ГОСТ 1581-96. Результаты испытаний данной пробы приведены в таблице.

В этой же таблице даны технологические параметры облегченного тампонажного цемента, полученного по предлагаемому способу с другими облегчающими добавками. В этой же таблице приведены результаты испытаний прототипов.

Таким образом, приведенный пример реализации изобретения показывает его соответствие критерию «практическая применимость». На буровой из данного облегченного тампонажного цемента по общепринятой технологии готовят тампонажный раствор.

Из таблицы видно, что цементы, полученные по предлагаемому способу, имеют достаточную прочность уже в первые сутки твердения, а на вторые сутки прочность камня увеличивается до 1,1 МПа, против 0,4 МПа у прототипа. Сроки структурообразования сокращаются до 2 ч 15 мин, против 6-7 часов у прототипа. Сроки сохранности технологических свойств увеличиваются до 6 месяцев. Технологические параметры облегченного цемента удовлетворяют требованиям ГОСТ 1581-96.

Применения клинкера с температурой 300-350°С приводит к экономии энергозатрат, т.е. экономия тепла составляет 1100-1240 ккал/кг влаги.

1. Каримов Н.Х. Хахаев Б.Н., Запорожец Л.С., Липсон Т.А., Губкин Н.А., Рахматуллин Т.С. Тампонажные смеси с аномальными пластовыми давлениями. М.: Недра, 1977, 190 с.

2. Данюшевский B.C. Проектирование оптимальных составов тампонажных цементов. М.: Недра, 1979, 281 с.

3. Луценко Н.А., Образцов О.Н. Тампонажные растворы пониженной плотности. — М.: Недра, 1972, 141 с.

4. Данюшевский B.C., Каримов Н.Х. Тампонажная композиция и способ ее получения. Авторское свидетельство №637355, С 04 В 7/38, 15.12.1978, бюл. №46.

5. Мариампольский Н.А., Дзежаев В.Г. и др. Авторское свидетельство №423725, 4 Е 21 В 33/138. Способ приготовления армированного тампонажного материала, 15.09.1988, бюл. №34.

6. Бутт Ю.М., Окороков С.Д., Сычев М.М., Тимашев В.В. Технология вяжущих веществ. М.: Высшая школа, 1995, 619 с.

7. Дуда В. Цемент. М.: Стройиздат, 1981, 464 с.

8. Патент RU 2208130. Тампонажный материал облегченный, БИ №19, 2003.