Классификация тампонажных растворов. Состав клинкера

Тампонажные материалы. Это такие материалы, которые при затворении водой образуют суспензии, способные затем превращаться 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 (белитовые 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 низкой водоотдачей, водоэмульсионные, нефтецементные и др. Номенклатура тампонажных цементов на основе портландцемента и шлака содержит:

1) тампонажные портландцементы для «холодных» и «горячих» скважин («холодный» цемент - для скважин с температурой до 50 °С, «горячий» - для температур до 100 °С, плотность раствора 1,88 г/см³);

2) облегченные цементы для получения растворов плотностью 1,4-1,6 г/см³ на базе тампонажных портландцементов, а также на основе шлакопесчаной смеси (до температур 90-140 °С), в качестве облегчаю­щих добавок используют глинопорошки или молотые пемзу, трепел, опоку и др.;

3) утяжеленные цементы для получения растворов плотностью не менее 2,15 г/см³ на базе темпонажных портландцементов для темпера­тур, соответствующих «холодным». и «горячим» цементам, а также шлакопесчаной смеси для температур 90-140°С (в качестве утяжеляю­щих добавок используют магнетит, барит и др.);

4) термостойкие шлакопесчаные цементы для скважин с температу­рой 90-140 и 140 180 °С;

5) низкогигроскопическиетампонажные цементы, предназначенные для длительного хранения.   

Регулируют свойства цементных растворов путем изменения 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 S 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 такие химические peaгенты, как гидролизованный полиакрилонитрил, карбоксиметилцеллюлоза, полиакриламид, сульфитспиртовая барда, конденсированная сульфитспиртовая барда, нитролигнин. Перечисленные реагенты оказывают комбинированное действие. Все они понижают водоотдачу 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).

От правильного выбора тампонажного цемента и при необходимости добавок к нему зависит качество строящейся скважины. Поэтому выбор рецептуры тампонажногорастврра надо проводить только на основании тщательных лабораторных исследований. Особое внимание следует уделять смешиванию цемента с добавками. В американской практике непосредственно перед приготовлением тампонажного раствора пере­качивают сухую смесь в пустой цементосмеситель и обратно. Этим достигают равномерного распределения добавок.

Состав клинкера

Тампонажныйпротландцемент (клинкер) состоит из окислов, основные из которых следующие (в %):

Окись кальция................... 60-66

Кремнезем................... 18-25

Глинозем................... 4-8

Окись железа................... 0,5-5,0

В зависмости от процентного содержания указанных окислов существенно изменяются свойства тампонажного раствора и камня.

Активные свойства тампонажного портландцемента определяются в основном химически связанной окисью кальция () с кремнезе­мом, глиноземом и окисью железа.

Кремнозем способствует образованию селикатов кальция и алю­миния, придает цементу гидравлические свойства, т.е. способность затвердевать и длительное время работать водной среде. Увеличение...... приводит к некоторому замедлению сроков схва­тывания тампонажных растворов в комнатных условиях и повышает сульфатостойкость цементного камня.

Глинозем способствует ускорению сроков схватывания цемент­ного раствора и понижает прочностью камня.

Увеличение окиси железа в цементе приводит к замедлению процесса схватывания тампонажных растворов и снижает раннюю прочность цементного камня.