11.12 Тампонажные материалы для приготовления цементного раствора

Тампонажным раствором называется раствор, получаемый после затворения тампонажного цемента водой.

Тампонажным цементом называется продукт, состоящий из одного или нескольких вяжущих, минеральных и органических добавок, дающих после затворения водой раствор, а при затвердевании – цементный камень.

Составляющие добавки тампонажного цемента:

• вяжущие – портландцемент, шлак, известь;

• минеральные – кварцевый песок, асбест, глина;

• органические – отходы целлюлозного производства, хлопковые отходы.

Тампонажные растворы представляют собой дисперсную систему, в которой цемент является дисперсной фазой, а вода – дисперсионной средой. Свойства цементного раствора зависят от свойств цемента и жидкости, в которой он затворен.

11.12.1 Основные свойства тампонажных растворов

От свойств цементного раствора и подобранной рецептуры зависит весь процесс цементирования скважины и качество разобщения пластов. При добавлении в раствор наполнителей, химрагентов и других активных добавок свойства цементного раствора могут изменяться.

1.Седиментационная устойчивость. В течение некоторого времени в цементном растворе происходит водоотделение, т.е. цементная масса сдвигается вниз, а вода поднимается вверх.

2.Водоотдача - это процесс водоотделения цементного раствора при действии на него перепада давления. Скорость водоотдачи зависит от водоцементного отношения, она обратно пропорциональна вязкости жидкой фазы цементного раствора. Для цементирования скважин лучшими тампонажными растворами считаются такие, у которых водоотдача близка к нулю.

3.Загустевание. Зависит от многих факторов: увеличение тонкости помола цемента приводит к ускорению загустевания раствора, а повышение водоцементного отношения – к замедлению загустевания. С ростом температуры загустевание уменьшается, чем выше давление, тем короче время загустевания.

Для увеличения времени загустевания добавляются замедлители процесса структурообразования.

4.Сроки схватывания. При увеличении температуры и давления сокращаются сроки схватывания. При низких температурах и высоком водоцементном отношении сроки схватывания увеличиваются. При увеличении сроков хранения цемента сроки схватывания замедляются, а вязкость повышается. Наличие в атмосфере влаги и углекислоты способствует снижению активности цемента, сроки схватывания удлиняются.

5. Плотность цементного раствора определяется водоцементным отношением. По плотности тампонажные растворы делятся:

1. Легкие ρ≤1,30 г/см³

2. Облегченные ρ=1,30-1,75 г/см³

3. Нормальные ρ=1,75-1,95 г/см³

4. Утяжеленные ρ=1,95-2,20 г/см³

5. Тяжелые ρ≥2,20 г/см³

11.12.2 Классификация цементных растворов

В зависимости от жидкости затворения цементные растворы подразделяются:

1. Водные

2. Водоэмульсионные

3. Нефтецементные

В зависимости от срока схватывания тампонажные растворы бывают:

1. Быстросхватывающиеся – с началом схватывания 40 мин.

2. Ускоренносхватывающиеся - 40 мин – 1 час 20 мин.

3. Нормальносхватывающиеся - > 2 часов.

С увеличением температуры и давления в стволе скважины сроки схватывания растворов значительно сокращаются.

В зависимости от температуры испытания и применения тампонажный цемент делится на 3 класса:

1. Цемент для «холодных скважин» (ХЦ) – с температурой испытания 22±2^ОС.

2. Цемент для «горячих скважин» (ГЦ) – с температурой испытания 75±3^ОС.

3. Цемент для глубоких высокотемпературных скважин (ВЦ).

В зависимости от вяжущей основы тампонажные цементы делятся на несколько видов:

2. на базе портландцемента;

3. на базе доменных шлаков;

4. известково-песчаные смеси;

5. прочие цементы (гипсовые, на основе природных минералов);

По роду добавок-наполнителей цементы разделяются на:

1. песчаные – являются продуктом совместного помола цементного клинкера с песком (до 20%), этот цемент имеет высокую стойкость против воздействия солей пластовых вод и обеспечивает более плотный контакт цементного камня с породой благодаря отсутствия усадочных явлений;

2. волокнистые – это смесь тампонажного цемента с волокнистыми добавками (хлопковая шелуха, целлюлоза, слюда и др.). Применяют при цементировании трещиноватых пластов с невысоким пластовым давлением, когда возникает необходимость уменьшить глубину проникновения цементного раствора в пласт. Кроме того, такой цемент применяют при ликвидации поглощений;

3. гель-цементы – это совместный помол тампонажного портландцемента и бентонитовой глины. Обладает пониженным водоотделением, и предназначен для ликвидации поглощений

4. пуццолановые – это цемент, полученный при совместном помоле тампонажного портландцемента и кислой гидравлической добавки. Применяют при цементировании обсадных колонн в скважинах средней глубины для всех видов изоляционных работ.

5. расширяющиеся – увеличивают свой объем в процессе схватывания до 2% от первоначального. Такой цемент способствует образованию плотного и непроницаемого цементного камня в затрубном пространстве в скважинах с повышенной кавернозностью;

6. глиноземистые, гипсоглиноземистые – являются быстротвердеющими цементами, с небольшими сроками схватывания, предназначены для цементирования осложненных интервалов.