10.3. Тампонажні матеріали

Тампонажними називають матеріали, які при змішуванні з водою або водними розчинами солей, утворюють суспензії, здатні в умовах свердловини перетворюватися в практично непроникне тверде тіло.

Як тампонажні матеріали найширше застосовують мінеральні в'яжучі речовини – спеціальні марки цементів.

До мінеральних в'яжучих речовин належать також рідкі матеріали, здатність до затвердівання яких проявляється при змішуванні їх з розчинами інших хімічних речовин. У суміші таких речовин відбувається хімічна реакція, в результаті якої випадає тонкодисперсний твердий осад.

Як тампонажні застосовуються й органічні матеріали, що полімеризуються (деякі смоли, пластичні маси та ін.).

10.3.1. Призначення тампонажних матеріалів та вимоги до них

Тампонажні матеріали використовують перш за все для заповнення заколонного простору свердловин та ізоляції всіх проникних порід одна від одної; попередження перетоку флюїдів з одного пласта в інший або в атмосферу по заколонному простору; для закупорювання тріщин, каверн та інших каналів, якими може поглинатись промивальна рідина; для захисту зовнішньої поверхні обсадних колон від корозії пластовими водами (газами); для надання більшої стійкості обсадним колонам; для створення постійної або тимчасової перегородки в стовбурі свердловини (цементний міст) та інших цілей.

Тампонажні матеріали, які використовуються для розмежування проникних пластів, повинні задовольняти певні вимоги:

1. Суспензія такого матеріалу повинна легко прокачуватись протягом часу, необхідного для транспортування її в заданий інтервал свердловини, а в спокою – бути седиментаційно стійкою.

2. Після закінчення транспортування в свердловину суспензія в короткий термін повинна перетворитися в практично непроникне тверде тіло.

3. Суспензія повинна перетворитись у тверде тіло з невеликим збільшенням об'єму або в крайньому випадку без усадки.

4. Утворене із суспензії тверде тіло повинно бути високоеластичним, довговічним, стійким проти корозії при контакті з пластовими флюїдами.

5. Тверде тіло повинно зберігати свої механічні властивості, непроникність та корозійну стійкість при всіх змінах температури, що можливі в свердловині.

6. Воно повинно мати достатнє зчеплення з обсадною колоною і стінкою свердловини та міцність.

7. Тампонажні матеріали повинні бути недефіцитними і порівняно недорогими.

8. Якщо тампонажний матеріал використовується для створення моста у свердловині, утворюваний камінь повинен мати велику міцність.

10.3.2. Класифікація тампонажних матеріалів

Хімічні речовини, які забезпечують затвердівання тампонажних розчинів, називаються базовими тампонажними матеріалами або цементами. Речовини, які вводяться для регулювання властивостей тампонажних розчинів або тампонажного матеріалу, називаються домішками. Матеріали, які містять домішки, називаються модифікованими.

Хімічні речовини, які забезпечують затвердіння рідиноподібної системи – тампонажного розчину часто змішують з іншими речовинами – наповнювачами, щоб зекономити в'яжуче, змінити фізичні властивості розчину (обважнювальні, полегшувальні домішки) та надати їм спеціальні властивості (закупорювальні або армувальні наповнювачі), або з хімічно активними домішками, щоб прискорити чи сповільнити темпи затвердіння, зменшити корозійну дію навколишнього середовища і т.д.

За характером застосування тампонажні матеріали можна розділити на три групи:

а) базові тампонажні матеріали;

б) модифіковані тампонажні цементи (суміші);

в) домішки до тампонажних матеріалів для їх модифікування.

За властивостями тампонажні матеріали класифікуються на:

1. швидкотужавіючі;

2. повільнотужавіючі;

3. корозійно стійкі до певних середовищ;

4. розширювальні;

5. із закупорювальними властивостями;

6. з особливо високою рухомістю (текучістю);

7. з низькою водовіддачею;

8. армовані волокнами.

За складом тампонажні цементи розділяють на такі групи:

1. портландцементи (без домішок, крім гіпсу);

2. портландцементи з мінеральними домішками до 20%;

3. портландцементи зі спеціальними домішками, які регулюють густину цементного тіста (20 – 80 %);

4. цементи на основі глиноземистого клінкера;

5. безклінкерні цементи на основі вапняково-кремнеземистих в'яжучих, доменних шлаків та інших відходів металургійної промисловості, а також цементи полімерні, на основі гіпсу і композиції декількох в'яжучих речовин.

За температурою застосування тампонажні цементи діляться на:

1. для низьких температур (15 ⁰С);

2. для нормальних температур (15 – 50 ⁰С);

3. для помірних температур (50 – 100 ⁰С);

4. для підвищених температур (100 – 150 ⁰С);

5. для високих температур (150 – 250 ⁰С);

6. для надвисоких температур (250 ⁰С);

7. для циклічно-змінних температур.

За густиною одержаного розчину тампонажні цементи поділяють на:

1. легкі – 1400 кг/м³;

2. полегшені – 1400 – 1650 кг/м³;

3. нормальні – 1650 – 1950 кг/м³;

4. обважнені – 1950 – 2300 кг/м³;

5. важкі – 2300 кг/м³.

За стійкістю до агресивної дії пластового середовища тампонажні цементи розділяються на:

1. стійкі до сульфатних середовищ;

2. стійкі до кислих (вуглекисле, сірководневе) середовищ;

3. стійкі до магнезіальних середовищ;

4. стійкі до полімінеральних середовищ.

За величиною об’ємних деформацій при твердінні:

1. без особливих вимог;

2. безусадочні – величина лінійної деформації розширення після 3-х діб твердіння до 0,1 %;

3. цементи, що розширюються – величина лінійної деформації розширення після 2-х діб твердіння більше 0,1 %.

Американський нафтовий інститут класифікує цементи на дев’ять класів залежно від умов цементованої свердловини (класи А, В, С, D, Е, F, G, Н, І).