Одним из уникальных подвидов портландцемента является тампонажный цемент. Он используется в тампонажных работах, цель которых – исключить влияние агрессивных газов и сред на трубы при бурении скважин, снизить давление на них и гарантировать их безопасную эксплуатацию.
Особенности и состав
К специфическим особенностям тампонажного цемента можно отнести такие его свойства, как:
- Быстрый период затвердевания, при том, что достаточно долгое время перемешанная с водой смесь сохраняет свои подвижные и вязкие свойства;
- Устойчивость к воздействию влаги – затвердевает даже в воде;
- Совмещение с различными добавочными веществами.
Тампонажный цемент прочен и целостен длительное время, независимо от влияния вредных окружающих сред.
Основной состав строительного материала представлен измельченным клинкером и гипсом. Также для воздействия на те или иные свойства применяют минеральные добавочные вещества. Для цементирования буровых скважин при нефте- и газодобыче производятся разные виды растворов, а именно:
- Гигроскопический. К основной смеси добавляют триэтаноламин.
- Утяжеленный. В клинкеро-гипсовую основу вводят утяжеляющие добавки, одной из которых могут быть железорудные минералы (тяжелые шпальт, гематит, магнетит).
- Песчанистый. Основной состав смешивают с гипсом и кварцевым песком, при этом соотношение компонентов должно быть для использования в горячих скважинах не больше 50% и менее 20% в холодных.
- Солестойкий. В раствор добавляют кварцевый тонкоизмельченный песок, противостоящий коррозии, которая образуется в результате воздействия на трубы грунтовых вод с высокой концентрацией соли.
Кроме обычного тампонажного портландцемента производят сульфатостойкую смесь, которая не поддается воздействию агрессивной среды, долговечный низкогигроскопичный цемент, а также волокнистую смесь для прочного цементирования путей утечки раствора.
Технические характеристики
Тампонажный цемент характеризуется следующими техническими параметрами:
- Быстрым периодом загустения цементного раствора – не более 90 ед. консистенции;
- Расслоением затвердевшей массы либо водоотделением: для холодной – в пределах 3,5%, для горячей – около 4%;
- Малым объемом растекаемости раствора – максимум 0,4 см;
- Началом затвердевания – не более 120 минут (после затворения);
- Окончанием затвердевания – для холодного материала – не более 18 часов и для горячего – не более 8 часов (после затворения).
Помимо этого, нормируется также тонкость измельчения клинкера и лимит прочности на изломе макета из затвердевшей смеси.
Классификация и маркировка
Строительный материал можно классифицировать в зависимости от следующих критериев:
- Состав цементного вещества:
- I – без добавок;
- I-G – без добавок, с нормой требования соотношения воды и цементной смеси – 0,44;
- I-H – без добавок, с нормой требования соотношения воды и цементной смеси – 0,38;
- II – с минеральными добавками;
- III – с добавлением специальных веществ, которые регулируют плотность цемента.
- В свою очередь, портландцемент тампонажный III-го типа делится по плотности:
- Ут – утяжеленного типа;
- Об – облегченного типа.
- Температура использования цементного теста:
- в пределах 15°С – 50°С – низкие и нормальные температуры;
- от 51°С до 100°С – умеренные;
- от 101°С до 150°С – повышенные.
- Степень противостояния разрушающим действиям сульфат-ионов:
- типы I, II, III – СС – сульфатоустойчивые и обычные (так как нормы по поводу сульфатоустойчивости не фиксируются);
- типы I-G и I-H – СС-1 – с высокой степенью противостояния сульфатам и СС-2 – с умеренной степенью сульфатопротивостояния.
Маркировка материала включает:
- Буквенное обозначение: ПЦТ – портландцемент тампонажный;
- Тип – I (I-G, I-H), II, III;
- Сульфатостойкость – СС, СС-1, СС-2;
- Среднюю плотность для III-го – Об, Ут;
- Максимальную температуру использования вещества – 50, 100, 150 °С;
- Пластификацию, либо гидрофобизацию цемента – ПЛ либо ГФ;
- Обозначение госстандарта.
Пример маркировки и ее расшифровка
Марка ПЦТ II-СС-50 ГОСТ 1581-96 означает, что эта смесь называется тампонажным портландцементом, в состав которого входят минеральные добавки. Это вещество с сульфатоустойчивыми параметрами, используется при температурах в диапазоне от низкой до нормальной.
Область и технология применения
Отличительной особенностью тампонажного цемента является высокая степень крепости с самого начала затвердения. Это качество и обусловило главную сферу применения данного материала – цементирование (либо тампонирование) нефтегазовых скважин при одновременном вытеснении буровой смеси. В жилищном строительстве этот вид цемента не применяется. Исключение составляет установка буровых свай в сложных условиях.
Тампонажный цемент закачивается насосами, поэтому раствор используют в достаточно жидком виде: к сухой цементной смеси добавляется вода в пропорции 2:1. После затворения большими объемами жидкости цемент преобразуется в подвижную массу, именуемою пульпой, ее и закачивают в скважину. По окончании этапа транспортировки масса затвердевает и становится безусадочным плотным монолитом, который хорошо скреплен со стенками ствола скважины и обсадной трубой.
Полученный слой надежно защищает от грунтовых вод, либо сдвижек пластов разной плотности. Учитывая свойства грунта, заполнение бывает либо полным, либо частичным. Кроме обеспечения защиты, тампонажный цемент может сократить глубину и укрепить дно скважины, а также ликвидировать повреждения на обсадных колоннах.
Подбор каждой конкретной марки ПЦТ осуществляется с учетом условий использования и глубины скважины. Бурение на болоте или в песчаном грунте, либо закладка скважин глубже 2000 м предполагает применение облегченных видов (в данной ситуации – рекомендована марка ПЦТ-III-об-5-100).
Важное значение при работе с ПЦТ имеет температура в шахте. При высокой температуре, пульпа затвердевает в период от 90 минут до 10 часов. Более горячая температура способствует быстрейшему схватыванию раствора. При использовании в холодной скважине (либо если материал применяется для гидроизоляции при возведении сооружений зимой) затвердение начинается по истечении 120-180 минут и может завершиться через двадцать часов. Более длительный период застывания у солестойкого цемента.
