Цемент для буровых растворов

Промывочные тампонажные растворы

Нефтяная скважина — это горная выработка округлого сечения, предназначенная для получения и транспортирования углеводородного полуфабриката из недр. Тампонажный промывочный раствор применяется в бурении для достижения увеличения срока функциональной пригодности скважины, наряду с технологическим процессом разобщения пластов обсадными колоннами.

Цементирование (тампонаж) нефтяной скважины

• безпустотное, сплошное заполнение зоны между обсадной колонной и стволовыми стенками забоя;
• расчетную величину адгезии как со стенками обсадных труб, так и со стволовой поверхностью скважины;
• изоляцию и разобщение продуктивных и проницаемых пластов;
• защиту затрубного пространства от проникновения нефти и (или) газонефтяной смеси под воздействием избыточного пластового давления;
• укрепление обсадной колонны в толще разрабатываемой породы;
• антикоррозийную протекцию металлических частей обсадной колонны от окислительного разрушения межпластовыми водами;
• частичную разгрузку буровой колонны от экстернального давления.

Ввиду того, что цементный камень не подлежит замене и должен обеспечить надежное функционирование скважины во все время эксплуатации цементирование колонны необходимо выполнять в строгом соответствии с разработанными техническими регламентами, обеспечивая наличие и использование качественных тампонажных реагентов.

Цементирование колонны включает в себя цикл работ по приготовлению промывочного тампонажного раствора и нагнетании его в скважину, в затрубный промежуток. Во время проведения работ ведется постоянный контроль за параметрами промывочного тампонажного раствора и его соответствия технологическим характеристикам. После проведения цементажа скважины, через время, требующееся для затвердевания раствора, проводится исследование качества выполненных работ и, при соответствии цементного камня расчетным технологическим параметрам, процесс цементирования объекта считается законченным.

Портландцемент — основа тампонажного промывочного раствора

В качестве цементирующей составляющей промывочных тампонажных растворов используются портландцементы и доменные шлаки.

Портландцемент — это сыпучий материал с вяжущими свойствами, получаемый в результате одновременного размола гипса, клинкера и (или) гранулированных доменных шлаков. При этом количество гипса в полученной смеси регламентируется в пределах 1,5-3,5%. Портландцементные тампонажные смеси обладают способностью затвердевания и превращения в минеральное соединение, характеризующееся повышенной механической прочностью, через некоторое время после разведения компонентов в воде. Цементный камень образуется в результате реакций гидратации и гидролитической диссоциации клинкерных элементов (кальциевых алюминатов, алюмоферритов, силикатов). Таким образом именно минеральный состав клинкера играет главную роль при протекании химических реакций, определяющих скорость затвердевания промывочного тампонажного раствора и финишных функциональных свойствах полученного бетона.

На месторождениях с АВПД (аномально высоким давлением) работы по цементажу скважин производятся многоступенчатым методом, при этом плотность бурового тампонажного раствора увеличивают до максимально возможной величины. Помимо этих технологических приемов, во избежание заколонных нефтегазоводопроявлений, используют седиментационноустойчивые тампонажные компоненты, обеспечивающие ускоренное «схватывание» цементной смеси. В результате обработки стенки скважины успешно противостоят проницаемости пластов.

Добавки, улучшающие свойства тампонажных растворов

Для улучшения рабочих характеристик промывочного тампонажного раствора в качестве дополнительно используемых добавок используются:

• хлористый кальций и карбонат натрия. Применяются для сокращения сроков схватывания бетона. Добавление ускорителей в воду или в сухие компоненты позволяет получить БСС (быстросхватывающиеся смеси), которые используются при температуре скважины в пределах до 50-65°С. БСС с расширительными свойствами получают, добавляя к исходному сырью до 10-30% гипсоглиноземистого цемента. БСС на основе пуццолановых цементов отличаются низкой плотностью и высоким порогом интенсивности загустевания;
• гипс. Добавление гипса позволяет сократить срок твердения, в результате чего высокопрочный камень получается уже через 3-4 часа после закачки промывочного тампонажного раствора. Чтобы процесс схватывания не начался уже в бурильных трубах, в них специально добавляются замедлители процесса. Гипсо-цементные тампонажные суспезии гораздо более стойки к разбавлению водой, чем обычные цементные и применяются при наличии водяных пропластков;
• бентонит, применение которого увеличивает стартовую подвижность промывочного тампонажного раствора, что оптимизирует работу по закачке, особенно при необходимости применения высокой плотности цементирующего материала. Глиноцементные смеси обеспечивают стабильную вязкость рабочего материала во время продавливания его в зону поглощения, после чего происходит резкое увеличение параметра и наступление периода пластической прочности. Для улучшения характеристик бентонитовых смесей и нивелирования воздействия пластовых вод до начала твердения возможно добавление в раствор натриевого или калиевого силиката, в количестве 3-10% от массы цемента ;
• цементно-смолистая композиция (ЦСК) с использованием пластификатора ТЭГ-1 (эпоксидной алифатической смолы). Смола представляет собой вязкую жидкость желтого цвета, способную растворяться в воде. Используется при наличии осложнения скважины в виде близкорасположенных водоносных пластов;
• углеводородные добавки (дизельное топливо, добавляемое в количестве 30%). Соляро-цементные смеси используют при необходимости закачки раствора на большую глубину. Цементная составляющая инертна к углеводородам и раствор приобретает вязкость и пластическую прочность только после замещения дизтоплива водой. Для усиления прочности бетона и снижения материальных затрат допускается введение в массу до 50% кварцевого песка.

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.

Комбинированные полимерно-цементные растворы

Комбинированные растворы получаются путем сочетания в тампонажном растворе цементной суспензии и раствора полиакриламида или гипана. Для приготовления комбинированной смеси используются следующая пропорция компонентов:

• ¾ тампонажный цемент;
• ¾ вода в соотношении 60% от массы сухого цемента;
• ¾ хлористый кальций (2,5-5%);
• ¾ полиакриламид (0,15-0,20%).

Из-за высокой вязкости полиакриламид предварительно разводят до концентрации трехпроцентного раствора и вводят в цементную массу непосредственно в буровых трубах, чтобы избежать преждевременного схватывания.

Тампонажные растворы на основе «Ультрацемета»

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Буровые и цементные растворы по своим физическим, структурно-механическим свойствам в процессе расширения трещины значительно отличаются от жидкостей разрыва, применяемых в нефтедобыче. Они также являются вязкопластическими жидкостями, но имеют высокую водоотдачу. [2]

Поглощение буровых и цементных растворов при цементировании скважин может быть вызвано в результате неправильного выбора буферной жидкости или тогда, когда ее по каким-либо причинам вообще не применяют. [3]

В буровых и цементных растворах наибольшее значение имеют процессы, происходящие на границе раздела фаз, которые могут носить физический и химический характер. [4]

Сгущение при смешении буровых и цементных растворов не всегда одинаково и опасно. Оно определяется составом твердой фазы растворов и их химической обработкой. В некоторых случаях смешение растворов не приводит к образованию загустевшей массы. Отсюда следует, что если необходимо применять и выбирать буферные жидкости для разделения буровых и цементных растворов, то следует принимать во внимание свойства этих растворов и их способность загустевать при смешении. [5]

Для изучения смешения буровых и цементных растворов эти выводы представляют практический интерес, так как один из способов определения параметров потока заключается в том, что в трубопровод закачивают порцию соли. Строят график изменения концентрации соли в растворе во времени и определяют среднюю скорость потока. [6]

Вытеснение и смешение буровых и цементных растворов и буферных жидкостей определяется многими факторами. [7]

ММЦ предложена для обработки буровых и цементных растворов ВНИИКРнефтью. Она представляет собой водорастворимую волокнистую массу белого цвета с любым оттенком. [8]

При помощи конуса АзНИИ i буровых и цементных растворов с смесей должна быть не ниже рас жидкостей. [9]

Возможности адекватного описа-ния процессов течения буровых и цементных растворов аналитическими зависимостями ограничены и другими причинами, например эффектом скольжения и нестационарным реологическим состоянием буровых ( цементных) растворов. [10]

Поровое пространство закупоривается твердыми частицами буровых и цементных растворов , проникающих в пласт под действием гидростатического давления. [11]

Анализ показывает, что, поскольку используемые буровые и цементные растворы обрабатываются различными хнмическгми реагентами, при смешении их вследствие коагуляционных процессов образуется иная жидкость с иными свойствами по прока-чиваемостп, срокам схватывания и другим показателям. [12]

Исследования показывают, что некоторые системы буровых и цементных растворов проявляют неравновесные свойства, выражающиеся в наличии релаксационных явлений в дисперсных системах. Это связано с упорядочением структуры системы во времени и характеризуется продолжительностью переходных процессов. [13]

Все приборы, используемые для определения фильтрации буровых и цементных растворов , основаны на измерении под давлением. Даже в приборе ВМ-6, предназначенном для измерения водоотдачи при атмосферном давлении, тяжесть штока передается на суспензию и под избыточным давлением производится отфильтровывайие воды. Вполне естественно, что замерить фильтрацию сжимаемой жидкости на нем невозможно, так как объем налитого раствора моментально кратно уменьшается. [14]

Говорится о том, что негативное воздействие буровых и цементных растворов на пласты при проведении кумулятивной перфорации может усилиться глубинным проникновением чистых жидкостей с неограниченным показателем фильтрации и заменой пор с различной размерностью на осредненную микротре-щиноватость. При этом зону поражения ПЗП не подразделяют на участки, подвергшиеся проникновению твердой фазы и фильтров растворов, не классифицируют толщины разрушенной зоны. Однако считают, что в контексте повышения производительности скважины мощный перфоратор должен простреливать глубину, в 1 5 раза превышающую глубину предыдущего повреждения пласта. [15]

Источник

ТАМПОНАЖНЫЕ ЦЕМЕНТЫ, ТАМПОНАЖНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, РАСШИРЯЮЩИЕ ДОБАВКИ

РАЗРАБОТКА И ПРОИЗВОДСТВО ТАМПОНАЖНЫХ СПЕЦИАЛЬНЫХ ЦЕМЕНТОВ И РАСШИРЯЮЩИХ ДОБАВОК ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ГЕОЛОГО-ТЕХНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ КРЕПЛЕНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН

Тампонажный цемент и тампонажный материал

Это два одинаковых термина? Или в эти два словосочетания заложен разный смысл?

Они совершено одинаковы по применению, ибо оба предназначены для тампонирования (цементирования) нефтяных скважин в процессе их бурения. Целью цементирования скважин является изолирование продуктивных нефтеносных слоев от водоносных, а также отделение нефтеносных слоев друг от друга при многопластовых залежах нефти. Они также используются при капитальном ремонте скважин (КРС). Но разные по природе образования.

Тампонажный цемент — это разновидность портландцемента с повышенными требованиями к минералогическому составу клинкера.

Тампонажный материал представляет собой смесь ВЯЖУЩЕГО (основа материала) с различными добавками минерального и органического типа. Причем в качестве ВЯЖУЩЕГО может использоваться не только тампонажный портландцемент, но и другие различные виды цементов, а также шлаковые вяжущие или полимерные вяжущие органического типа.

Таким образом, термин «Тампонажный Материал» включает в себя более широкий смысл.

Тампонажные материалы. Производство тампонажных сухих материалов

Тампонажные материалы могут изготавливаться, как непосредственно на буровой, так и в заводских условиях. Приготовление тампонажных материалов в условиях буровой не всегда приводит к получению качественного тампонажного материала в связи с отсутствием возможности качественного смешения, лабораторного контроля и получения однородного тампонажного материала.

Естественно, что изготовление тампонажных материалов на технологических линиях в заводских условиях с использованием высококачественного технологического и лабораторного оборудования приводит к получению более качественного однородного тампонажного материала с использованием макрокомпонентов и точной дозировкой микрокомпонентов. Сухие тампонажные материалы, приготовленные в заводских условиях, упрощают технологию приготовления тампонажного раствора на буровой и фактически не требуют дополнительной обработки тампонажных растворов вводом в жидкость затворения химических реагентов, или сводят их использование к минимуму.

Тампонажные материалы (от слова тампон – пробка, затычка) – это вяжущие системы, предназначенные для заполнения трещин и пустот с основной целью: закрепления неустойчивых, дробленых горных пород и предотвращения потерь промывочной жидкости при бурении скважин. Помимо основного назначения — закрепления стенок скважин и предотвращения потерь промывочной жидкости, тампонажные материалы должны выполнять следующие функции.

1. Изоляция пластов твердых полезных ископаемых от проникновения подземных и поверхностных вод, а также пластов жидких и газообразных полезных ископаемых друг от друга;
2. Ликвидация водо-, газо- и нефтепроявления;
3. Закрепление обсадных труб технической и эксплуатационной колонн;
4. Защита обсадных труб от коррозии, повышение их устойчивости к внешним и внутренним нагрузкам;
5. Закрепление стенок скважин от обрушений при их ликвидации;
6. Создание водонепроницаемых тампонажных завес вокруг строящихся стволов шахт и метро.

Тампонажные материалы – это структурированные дисперсные системы, в которых в качестве дисперсной фазы выступают гидрофильные тонкодисперсные частицы (структурообразователи), а в качестве дисперсной среды – вода (реже неполярные жидкости). Под воздействием гидрофильной поверхностной энергии частиц вокруг каждой из них образуется плотный гидратный (адсорбированный) слой с повышенной прочностью (гидраты). Совокупность таких гидратов, которые являются основой цементного камня, и называется структурой тампонажного материала. Структурообразователи должны обладать высокой гидрофильностью (полярностью) для активного их взаимодействия с молекулами воды. В качестве структурообразователей чаще всего используют цементы.

Технологические требования к тампонажным материалам

Тампонажные материалы должны легко прокачиваться насосами и сохранять текучесть в течение времени, необходимого для закачивания ТАМПОНАЖНОГО материала в скважину. После закачивания тампонажные материалы должны быстро загустевать и твердеть, проникать в любые поры и трещины, но в то же время не растекаться, быть устойчивыми и стабильными, не растворяться в пластовых водах, не растворять горные породы стенок скважин и формировать прочный цементный камень. Сформированный камень должен обладать плотным контактом с горными породами и обсадными трубами, быть термостойким и стойким к агрессии пластовых вод, при твердении не давать усадки, после твердения быть водогазонепроницаемым.

Есть вопросы?

Свяжитесь с нами!

Оставить заявку на звонок

Источник

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

Тампонажный цемент представляет собой один из видов структурных материалов. Это разновидность портландцемента. Материал предназначен для строительства и возведения различных скважин, например, для добычи природных жидких источников топлива от давления подземных вод.

Состав и особенности

Тампонажный цемент представляет собой вяжущий состав, который почти не имеет отличий от портландцемента. Однако присутствуют повышенные требования к содержанию клинкера. В тампонаже доля клинкера может достигать 100%. Обязательная примесь — до 3,5% молотого гипса.

Чтобы улучшить свойства материала, можно дополнять его различными минеральными элементами, которые в сумме будут составлять не более 12% от общей массы. Должно быть не больше 10% известняка, шлаков — до 20%.

Условия, нормы веществ и предназначение для тампонажного цемента записаны в ГОСТ 1581. Тип веществ определяется процентной долей огнеупорных примесей и остальных компонентов. Рецепт готового цемента может варьироваться в зависимости от производителя.

Особенности тампонажного цемента:

• мельчайший помол;
• ускоренный процесс затвердевания;
• повышенная механическая прочность и жесткость;
• при разбавлении водой консистенция отличается от таковой у других видов цемента.

К показателю текучести есть повышенные требования в строительных нормах и правилах. Скорость перемещения раствора цемента должна достигать 1,5 м/с при небольших размерах технологических отверстий. Из-за чрезвычайно высокого давления в местах использования такого состава песок, арматура, опалубка, щебень не добавляются. Поэтому вяжущее является единственным компонентом.

Особенности применения такого состава обусловливают высокие требования к нему как к строительному материалу. Он должен понижать оказываемое давление на трубопровод или другую часть, которая подвергается изоляции. Кроме того, тампонажный раствор должен обладать большей скоростью застывания, которая достигается за счет ввода различных добавок во время изготовления.

Основные технические характеристики

Они будут зависеть от типа вяжущего вещества, производителя и наличия или отсутствия добавок.

1. Механическая прочность спустя 8 часов достигает 2,1-10,3 МПа в зависимости от температуры. Максимальный показатель наблюдается при 60 °С.
2. Жесткость на изгиб варьируется в диапазоне 0,7-3,5 и зависит от производителя и марки.
3. Остаточная масса на сите с сетью №0,08 — не более 15%.
4. Удельная поверхность — не больше 270 м²/кг.
5. Показатель отделения влаге не должен превышать 10.
6. Растекаемость под действием влаги варьируется в зависимости от вида. Непластифицированный тампонажный цемент может растекаться со скоростью до 200 мм. Пластифицированный — до 220.
7. Состав застывает до консистенции 30 за 90 минут и больше.

Все характеристики должны быть приведены в пометке изготовителя вместе с информацией о дате производства. Портландцемент теряет свойства через полгода или под действием воздуха.

Скорость затвердевания будет зависеть от температурных показателей в скважине и процента щелочных веществ в составе. Если температура превышает 60 °С, время застывания может меняться.

Классификация тампонажных цементных смесей

Все требования, которые предъявляются к такому виду цемента, нормированы по ГОСТу. Существует несколько видов цемента в зависимости от характеристик.

Согласно показателям плотности условно выделяют 2 типа:

1. Облегченный тип — нормальная смесь.
2. Утяжеленный, содержащий примеси, увеличивающие массу.

В зависимости от температурного режима есть такие типы:

Виды составов по степени устойчивости веществ к химикатам, которые содержатся в грунтовых водах:

• без повышенной устойчивости;
• устойчивые к сульфатам, включающие специальные добавки.

Для некоторых типов выделяют 2 уровня устойчивости к сульфатам: умеренный и повышенный.

По состоянию цементного теста материал разделяют на:

1. Непластифицированный;
2. Гидрофобизированный.

Маркировка и ее расшифровка

Каждый вид тампонажного цемента обладает собственным номенклатурным наименованием, которое соответствует свойствам.

Маркировка тампонажа состоит из 5 обозначений:

1. ПЦТ — тампонажный портландцемент.
2. Тип вяжущего и пометка об облегченном или утяжеленном составе.
3. Третье числовое значение соответствует уровню прочности изделия. Этот показатель определяется изготовителем.
4. Следующее число определяет уровень температур и состояние цементного теста. Например, 150-ПЛ — для работы с повышенными температурами. Пластифицированное тесто.
5. Последняя пометка — нормативный акт, которому соответствует произведенный продукт.

Добавки для улучшения тампонажных растворов

Чтобы улучшить эксплуатационные качества раствора,

можно использовать дополнительные добавки:

1. Хлорид кальция и карбонат натрия ускоряют время схватывания цемента. При добавлении в жидкость получается смесь быстрого схватывания, может применяться при температурных показателях до 65 °С. Для расширительных свойств добавляют до 30% гипсоглиноземистого цемента.
2. Если добавить гипс, существенно сокращается срок затвердевания, в результате камень с повышенной прочностью формируется спустя 3-4 часа после закачки раствора. Чтобы не допустить застывания в самих бурах, добавляются ингибиторы процесса.
3. Бентонит повышает начальную подвижность раствора, что особенно важно при его закачке.
4. Составы с включением глины дополнительно улучшают вязкость материала во время его продавливания, что позволяет обеспечить последующее затвердение раствора с повышением пластической прочности.
5. Цементно-смолистый состав с добавлением пластических веществ, в основном эпоксидных алифатических смол, применяется, если рядом со скважиной расположены водоносные пласты.
6. Если требуется закачать раствор на глубину более 100 м, добавляют дизтопливо. Цемент полностью инертен к органическим углеводородам, а раствор становится намного более вязким. Прочность приобретается после того, как углеводороды заменятся водой.

Технология и область применения

Этот вид цемента не участвует в строительстве жилых зданий из-за слишком быстрого застывания. В основном используются такие бетонные блоки в нефтегазовых скважинах. Раствор можно применять для заливки свай в сложных условиях.

Он заливается полностью за счет воды при помощи специальных помп, жидкость добавляется к составу в соотношении 2:1. Затем, когда цемент станет подвижным тестом (это состояние, которое получило название «пульпа»), можно закачивать его в отверстие. После полного затвердевания материал становится монолитным и надежно защищает от грунтовых вод.