2.2.11 Тампонажні цементи та розчини для низьких плюсових і

мінусових температур (від -12 до +5°С)

Швидкотвердіючі цементи

У температурному інтервалі від -5 до +5°С краще використовувати глиноземистий та гіпсоглиноземистий цементи.

Різновид гіпсоглиноземистого цементу - швидкотвердіючий це­мент для цементування низькотемпературних свердловин типу ЦТБР (ТУ 21-32-61-74) є сумішшю високоглиноземистого шлаку, основного до­менного шлаку та гіпсу у співвідношенні приблизно 2:1:1 [200]. За В/Ц=0,45 та температури +5°С він твердіє в камінь через 12 год. з міцністю 0,25 МПа, через 24 год. - 2,5 МПа. На його основі можна одержати полегшений це­мент з додатком 30-50% трепелу.

Інший різновид гіпсоглиноземистого цементу - беліто-алюмінатний тампонажний цемент (БАЦ), який є сумішшю 84-85% обпаленого беліто-алюмінатного шламу (відходи хіміко-металургійного виробництва) і 15-16% гіпсу [200]. Крім гіпсу й алюмінатів кальцію - ЗСаОА1₂0₃,5СаОЗА1₂0₃ та інших цементів, у ньому міститься до 50% P-2CaOSi0₂, який подібний до мінералу портландцементного клінкеру - беліту. Завдяки цьому цемент не тільки є швидкотвердіючим, але й термостійким до 120°С. Може викори­стовуватися з різними додатками (перліт, вермикуліт, азбест) (табл. 2.39).

Таблиця 2.39 - Деякі властивості розчинів беліто-алюмінатного тампонажного цементу (БАЦ) з різними додатками

Показники	БАЦ без додатків	Вид додатку (масова частка, %)
		Перліт (8,2)	Вермикуліт (8,8)	Азбест (8,2)
В/Т	0,5	0,7	0,65	0,75
рр, кг/м3	1760	1460	1540	1620
τсхопл., год.-хв.
при +5°С
τц. схопл.	7-20	5-00-5-20	5-00 - 5-20	5-00-5-20
τк. схопл.	14-00	7-30 - 7-50	7-30-7-50	7-30-7-50
при -5°С
τn. схопл.	7-50	-	-	-
τ-к. схопл.	15-00	-	-	-
τзаг., год при +5°С	1,3	2,6	1,9	2,0
σзгнн, МПа
при + 5°С через, діб:
2	2,40	1,53	1,70	1,40
28	3,90	2,20	2,55	3,05
365	4,55	2,70	2,80	3,16
при -5°С через, діб:
2	2,05	-	-	-
28	2,60	-	-	-
365	3,50	-	-	-

265

Спеціальний цемент типу „Норд" одержується спільним обпа-ленням за 1100-1200°С з наступним меленням твердого залишку содо­вого виробництва і шлаку доменного виробництва феротитану [200]. У результаті спільного обпалення утворюються [3-CaOSi0₂, СаОА1₂0₃, СаО2А1₂0₃. Властивості цементу „Норд" близькі до властивостей БАЦ.

Усі цементи сульфоалюмінатного твердіння показують невелике розширення при твердінні. Для запобігання замерзання рідинної фази можна застосовувати додаток NaCl.

Цемент тампонажний для низькотемпературних свердловин типу ЦТН призначений для кріплення нафтових та газових свердловин у вічномерзлих породах та зонах, які прилягають до них, за температур від +30 до -5°С [200]. Крім того, він може бути основою для розроблення спе­ціальних тампонажних цементів. Цемент тампонажний для низькотемпе­ратурних свердловин типу ЦТН являє собою гідравлічну в'яжучу речовину, одержану шляхом спільного помелу високоміцного гіпсу з портландцемент-ним клінкером у кількісному співвідношенні від 9:1 до 6:4 чи ретельним змі­шуванням окремо подрібнених компонентів. Високоміцний гіпс одержують варінням фосфогіпсу в рідинних середовищах за надлишкового тиску в присутності регуляторів кристалізації. Як регулятори твердіння застосо­вують клітинні оболонки від виробництва ферментолізату. Допускається використання інших регуляторів, які не погіршують властивостей цемент­ного каменю. Цей цемент характеризується наступними параметрами:

Діаметр розтікання розчину D_p, см, не менше 18

Густина розчину р_р, кг/м³ 1700±50

Час загущення, τ_заг, хв., за t = 20°С, не менше 60

Напруга згину σ _згин, МПа, після 1 доби твердіння за температури t, °С:

+20,не менше 2

-2, не менше 1,5

Тампонажні розчини з антифризами

Окрім спеціальних цементів для низьких температур можна використо­вувати портландцемента (бажано ПТЦ-Д0 з підвищенним вмістом ЗСаО Si0₂ та алюмоферитної фази) з додаванням до води замішування солей, які запобігають замерзання рідинної фази (антифризів), та прискорювачів тужавіння і твердіння [200]. За температур не нижче -5°С достатньо ввести хлористий кальцій СаС1₂ в кількості, яка залежить від складу клінкеру, тонкості помелу та тривалості зберігання цементу до застосування. Однак кращі результати дає комбінування додатку-прискорювача та протимо-розного додатку, зокрема розчину СаС1₂ і гідроксиду калію КОН та сульфо-силіцилової кислоти C₆H₃(OH)(S0₃H)COOH. За нижчих температур дово­диться, як правило, використовувати два сольових додатки (табл. 2.40).

266

Таблиця 2.40 - Властивості портландцементних тампонажних розчинів з комбі­нованими додатками (В/Ц = 0,5)

Показники	Рідина замішування
	Розчин К2С03+КОН	17% розчин
	(калій-лужний реагент)	CaCl2 + 4%NaCl
Терміни охоплення, год.
при+10°С
Тп. схопл.	2,0-4,0	-
Тк. схопл.	6,0-8,0	-
при -5°С
Тп. схопл.	3,0-4,5	-
Тк. схопл.	7,5-10,0	-
при-10°С
Тп. схопл.		2-4
Тк. схопл.		4-7
Час загуснення, год. при температурі, °С
+10	3,5	-
-5	5,5	-
-10	-	2-4
Межа міцності при стисканні, МПа
при -10°С через діб:
2	2,3	-
7	8,4	-
365	18,3	-
Межа міцності при розтягуванні, МПа
при -5°С через діб:
2	0,4	-
7	1,1	-
365	3,2	-
при -10°С через діб:
2	-	0,3-0,6
7	-	1-2
365	-	2-3
Корозія металу обадних труб через 1 рік при-5°С, г/(м2/год)	0,0008	0,2286
Морозостійкість (кількість циклів	80	30
заморожування-відтанення)
Коефіцієнт проникності kB, '10-3 мкм2 (+5°С, через 7 діб)	0,8	-
Зчеплення тампонажного каменю,
МПа (-5°С, через 7 діб):
з металом	1,80	0,45
з породою	1,45	0,53

Тампонажні розчини

з покрашеними теплофізичними властивостями

Зниженню теплопровідності затверділого цементного каменю спри­яють збільшення пористості, заміна в порах води газом, введення газо-наповненого матеріалу (роздутий перліт, вермикуліт, аргіліт, полімерні

267

мікробалони). Ефективним способом зниження теплопровідності є аерація тампонажного розчину [200].

Наприклад, до складу тампонажного піноцементного розчину „Аеротам" входять такі компоненти: а) тампонажний портландцемент ПЦТ-Д0-50; б) калій-лужний реагент (розчин К₂С0₃+КОН), який є протиморозним додатком та інтенсифікатором твердіння в'яжучого; в) рідинний емуль­гатор - поверхнево-активна речовина; г) твердий високодисперсний емульгатор - стабілізатор бульбашок повітря в умовах гідростатичного тиску у свердловині; ґ) полімерний кольматувальний додаток, який забезпечує водогазонепроникність піноцементного каменю; д) повітря (ступінь аерації 8-15).