Облегченный цементный раствор плотность

Обновлено: 17.05.2024

Какая плотность кладочного цементного раствора?

Товарный раствор — это искусственный каменный материал, полученный в результате затвердевания растворной смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды, мелкого заполнителя и добавок, улучшающих свойства смеси и растворов.

По виду вяжущего вещества различают:

известковые растворы (штукатурный раствор),
цементно-известковые растворы (кладочный раствор),
цементные растворы.

Для приготовления штукатурного раствора применяется более мелкий песок без камушков и ракушек, в то время, как кладочный раствор обязательно должен содержать зерна щебня и достаточно крупный песок – это делает его прочнее.

По плотности различают:

тяжёлые растворы плотностью более 1500 кг/м3, изготовливаемые обычно на кварцевом песке;
легкие растворы плотностью менее 1500 кг/м3, изготавливаемые на пористом мелком заполнителе и с породообразующими добавками.

Средняя плотность товарного кладочного цементного раствора — около 2000 кг/м3.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Свойства облегченных цементных растворов с добавками диатомитов хорошо регулируются с помощью химических реагентов. Благодаря этому сохраняется заданная подвижность цементных растворов и предотвращается загрязнение продуктивных ( и других проницаемых) пластов фильтратом цементного раствора. [4]

Наоборот, облегченные цементные растворы ( с глиной) с высоким водоцементным отношением имеют повышенный радиус пор и соответственно больший коэффициент диффузии. [5]

Наоборот, облегченные цементные растворы с высоким водоцементным отношением, очевидно, имеют повышенную величину пор и соответственно больший коэффициент диффузии. В облегченных растворах, особенно с высоким содержанием активной аморфной кремнекислоты, концентрация ионов кальция в капиллярах цементного камня понижена, что. Суммарная величина выщелачивания зависит от конкретных свойств материала и может быть определена лишь экспериментально. Априорная оценка ее затруднена. [6]

Наоборот, облегченные цементные растворы с высоким водо-цементным отношением имеют повышенную величину пор и соответственно больший коэффициент диффузии. [7]

Для приготовления облегченных цементных растворов используют довольно много добавок, показатели физико-химических свойств и содержание которых в тампвнажных смесях существенно влияют на плотность и изоляционные свойства многокомпонентных тампонажных материалов. [8]

Приготовление и использование облегченных цементных растворов в последнее время становится почти неизбежными при бурении сверхглубоких скважин, отличающихся порой очень сложными и резко изменяющимися с глубиной температурными я гидрогеологическими условиями. В таких скважинах часто приходится перекрывать пласты, так как в них содержатся агрессивные флюиды, вызывающие сильную коррозию цементного камня. В подобных условиях в качестве облегчающих добавок к цементным растворам следует использовать вспученный перлит, диатомит, асбозурит, диатомовый песок. [9]

Применяется для приготовления облегченных цементных растворов . При концентрации мела в смеси 50 - 100 % от массы цемента и водосодержании ( отношении массы воды к массе смеси цемента с мелом) 0 70 плотность раствора составляет 1 63 - 1 60 г / см. Для обеспечения плотного контакта цементо-мелового камня с хемогенными породами цементо-меловые растворы приготавливают на солевой воде. Так, при концентрации мела 100 % ( от массы цемента), водосодержании 0 84 и плотности рассола 1 2 г / см3 приготавливают тампонаж-ный раствор с плотностью 1 75 г / смз. [10]

В табл. 46 приведены свойства облегченных цементных растворов с измельченным каменноугольным пеком. [11]

Работами ВНИИКРнефти показано, что, модифицируя облегченные цементные растворы триэтиленгликолем и полиэти-ленполиамином, можно получить облегченный ( плотностью 1 5 г / см3) цементный камень высокой механической прочности. [12]

При вытеснении тяжелой жидкости более легкой ( облегченный цементный раствор , буферная жидкость - вода, нефть) условия для вытеснения резко ухудшаются. Происходит прорыв более легкой жидкости вдоль широкой части кольцевого зазора. [13]

При сооружении геотехнологических скважин наиболее широкое применение находят облегченные цементные растворы , а также термостойкие, низкогигроскопичные и др. Облегченные цементные растворы чаще всего используются при сооружении технологических скважин подземного выщелачивания металлов, оборудованных пластмассовыми и другими неметаллическими трубами. [14]

Поэтому в средах, содержащих значительные концентрации ионов магния, недопустимо применение облегченных цементных растворов с активными минеральными добавками. [15]

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Облегченный тампонажный раствор образуется в процессе закачки в скважину отдельно цементного раствора, заранее приготовленного водного раствора и раствора облегчающих добавок. Смешивание этих растворов происходит в специальном коллекторе-смесителе за счет напора струи прокачиваемых растворов. [1]

Облегченный тампонажный раствор / Овчинников В.П., Вяхирев В.И., Фролов А.А., Сорокин В.Ф., Овчинников П.В., Кузнецов В.Г., Уросов С.А., Подшибякин В.В. - № 2000133202: Заявлено 29.12.200 0; Опубл. [2]

Облегченные тампонажные растворы с короткими сроками схватывания приготовляют также из смеси портландцемента с глинопорошком в соотношении примерно 7: 3 по массе при относительном водосодержании 0 9 - 1 2 с добавкой в качестве ускорителя схватывания сернокислого глинозема. Оптимальную добавку глинозема выбирают с учетом температуры и глубины зоны поглощения. [3]

Облегченные тампонажные растворы позволяют решать следующие задачи. [5]

Облегченные тампонажные растворы с высоким водоцементным отношением имеют большую величину пор и, как следствие, высокий коэффициент диффузии. Однако в этих растворах, но с добавками диатомита, опоки и других материалов концентрация извести в капиллярах камня пониженная и, следовательно, скорость выщелачивания меньше, что в той или иной мере компенсирует эффект повышенной пористости камня. Вяжущие вещества на основе шлаков характеризуются низкой концентрацией извести в жидкой фазе и умеренной пористостью, поэтому выщелачиваемость извести из них будет понижена. Добавка песка в цементные и шлаковые смеси снижает их основность, а все термостойкие добавки повышают стойкость образуемого из этих растворов камня к коррозии выщелачивания. [6]

Облегченные тампонажные растворы применяются: если в разрезе скважины имеются поглощающие горизонты или пласты, склонные к гидроразрыву под действием повышенного гидростатического давления; если цементный раствор в затрубном пространстве скважины требуется поднять на большую высоту; для снижения затрат на цементирование скважины в результате экономии высококачественного тампонажного цемента. [7]

Облегченные тампонажные растворы обычно имеют плотность 1400 - 1600 кг / м3, что позволяет снизить давление в затрубном пространстве и предотвратить смятие пластмассовых колонн в процессе закачки цементного раствора. [8]

Облегченные тампонажные растворы можно получить смешением портландцемента с малыми добавками глинопорошка ( 3 - 5 %), высокодисперсных окислов кремния ( аэросилов) и методом аэрирования. [9]

Некоторые облегченные тампонажные растворы , например, глиноцементные, получают путем затворения в гидромешалке тампонажного портландцемента глинистым раствором, заранее приготовленным из расчетных количеств глинопорошка и воды. [10]

Приготовление облегченных тампонажных растворов путем добавок глин к стандартным композициям допускается лишь с разрешения вышестоящей организации. Но перекрывать продуктивную часть цементируемого интервала гельцементными растворами запрещается. [11]

Преимуществом облегченных тампонажных растворов с до бавками указанных кремнеземистых материалов являются повышенные физико-механические свойства камня при твердении в условиях действия высоких температур и давлений. К недостаткам относятся повышенная водоотдача и способность к расслоению. [12]

Получение облегченного тампонажного раствора проходит по схеме увеличения водоцементного отношения, что, как правило, приводит к снижению прочности цементного камня. [13]

Использование облегченных тампонажных растворов , содержащих наполнители с высокой водопотребностью, при одноступенчатом цементировании скважин глубиной несколько тысяч метров представляет интерес и с чисто экономической точки зрения, поскольку при больших объемах расходуемого раствора достигается ощутимая экономия денежных средств за счет введения в него значительного количества дешевого наполнителя и воды. [14]

Для приготовления облегченных тампонажных растворов в смесь вводят до 40 % асбозурита от массы сухого цемента. [15]

Тампонажный цемент: классификация и применение

Тампонажный цемент – это разновидность портландцементов, предназначенная для изоляции труб нефтяных и газовых скважин и их защиты от давления грунтовых вод, сдвижек грунтовых пластов, негативного воздействия агрессивных сред. При затвердевании цементный раствор образует монолитную рубашку, непроницаемую для жидкостей и газов. Материал крепко сцепляется с металлической трубой и со стенками ствола, пробуренного в горной породе. Применение тампонажного цемента создает условия для безопасной эксплуатации скважин и продлевает их рабочий период. В традиционном строительстве этот вид портландцемента не используется. Исключение – устройство фундамента из буровых свай в сложных геологических условиях.

Состав и специфические особенности тампонажного цемента

В состав тампонажного цемента входят:

клинкер – до 80 %;
гипс – 3-5 %;
добавки, придающие смесям заданные свойства.

Базовый состав клинкера такой же, как и у обычного портландцемента, но к его компонентам предъявляются повышенные требования. Для применения в холодных скважинах содержание трехкальциевого алюмината в клинкере должно находиться в пределах 10-13 %, алита – примерно 50 %. Для «горячих» скважин необходим клинкер с минимальным количеством трехкальциевого алюмината.

Для тампонажного цемента характерны: тонкий помол, быстрое твердение, способность твердеть даже в воде, хорошая совместимость с добавками разной функциональности.

Виды тампонажных цементов

Для изоляции буровых скважин, предназначенных для нефте- и газодобычи, применяют различные виды тампонажных цементов:

Гигроскопический. К традиционным сырьевым компонентам добавляют триэтаноламин. Это бесцветная жидкость, относящаяся к слабым основаниям.
Облегченный. Получить составы невысокой плотности позволяют зола, трепел и другие низкоплотные добавки.
Утяжеленный. В качестве утяжеляющих добавок используют железорудные минералы.
Песчанистый. В основные компоненты сырьевой смеси добавляют гипс и кварцевый песок.
Солестойкий. В смеси присутствует тонкодисперсный кварцевый песок. Такой материал защищает металлические трубы от возникновения и развития очагов коррозии при воздействии на металл грунтовых вод с высоким содержанием солей.

Когда применяют облегченный и утяжеленный тампонажный цемент?

Введение специальных добавок позволяет получать облегченный и утяжеленный тампонажный цемент.

Облегченный

Облегченные растворы востребованы при обустройстве глубоких скважин в сложных геологических условиях, в которых высока вероятность гидроразрывов. Плотность цементного раствора снижают – диатомит, трепел, зола, алюмосиликатные микросферы. Для ремонта оболочки применяют наименее плотные составы, которые получают введением в сырьевую смесь каолина и алюмосиликатных полых сфер. Такие растворы легко закачивать, они обладают прекрасной адгезией к старой оболочке, хорошо заполняют трещины и пустоты.

Утяжеленный

Этот тип ТПЦ используют для цементирования высокотемпературных скважин. В качестве утяжелителя применяется специальный железорудный концентрат. Сроки схватывания цементно-рудных смесей мало зависят от количества утяжеляющей добавки и определяются только свойствами самого ТПЦ. В такие растворы обычно вводят пластификатор, в качестве которого применяют ацетально-спиртовый стабилизатор.

Классификация и маркировка

В соответствии с ГОСТом 1581-96 ТПЦ разделяют на типы:

I – бездобавочный;
I-G – бездобавочный с нормированными требованиями, водоцементное соотношение в таких смесях составляет 0,44;
I-H – бездобавочный с нормируемыми требованиями, водоцементное соотношение – 0,38;
II – с минеральными добавками;
III – со специальными добавками, влияющими на плотность цементного теста. По плотности теста вяжущее типа III разделяют на облегченное (Об) и утяжеленное (Ут).

По температуре эксплуатации тампонажные цементы разделяют на следующие типы:

для пониженных и нормальных температур – +15…+50 °C;
для умеренных температурных условий – +51…+100 °C;
для повышенных температур – +101…+150 °C.

Типы вяжущего по сульфатостойкости:

обычное – используется в условиях, в которых требования по сульфатостойкости не предъявляются;
сульфатостойкое – СС, высокой сульфатостойкости – СС1, умеренной сульфатостойкости – СС2.

В условном обозначении тампонажного цемента в соответствии с ГОСТом указывают:

буквы ПЦТ – портландцемент тампонажный;
тип – I, I-G, I-H, II, III;
уровень сульфатостойкости;
среднюю плотность для вяжущего типа III – Об или Ут;
самую высокую температуру, при которой может эксплуатироваться продукт, изготовленный на базе этого цемента;
наличие гидрофобизирующих или пластифицирующих добавок – ГФ или ПЛ;
обозначение ГОСТа, требованиям которого соответствует тампонажный портландцемент.

Основные технические характеристики и особенности выбора

Технические свойства тампонажных цементов в зависимости от их состава изменяются в широких пределах, что позволяет выбрать подходящий вариант для конкретных условий применения.

Основные технические показатели:

удельная насыпная плотность – 800-1200 кг/м 3 ;
насыпная поверхность (зависит от крупности помола, состава клинкера, номенклатуры добавок) – 250-1500 кг/м 2 ;
водоцементное соотношение – 0,35-0,45;
прочность – 27-62 кг/см 2 , этот показатель определяют на вторые сутки после заливки раствора, в возрасте 28 дней тампонажные составы не тестируют.

При выборе подходящего типа ТПЦ учитывают:

глубину скважины и температуру в ней;
свойства геологических пластов;
количество и состав солей в грунтовых водах.

Обеспечить полное соответствие требованиям ГОСТа может только свежий тампонажный цемент, при хранении которого были соблюдены нормативные условия.

Легкие строительные растворы: виды, характеристики, применение

Легкие растворы – строительные материалы, средняя плотность которых не превышает 1500 кг/м 3 . Дл их изготовления используются легкие заполнители неорганического и органического происхождения.

Неорганические легкие заполнители

По происхождению неорганические мелкопористые зернистые материалы разделяют на природные и искусственные:

Природные. К ним относятся пески, насыпная плотность которых не превышает 1400 кг/м 3 . Их получают дроблением осадочных и изверженных пород. К сыпучим материалам вулканического происхождения принадлежат пемзовые и туфовые пески. Самым лучшим заполнителем в этой категории является пемзовое сыпучее. Оно обладает высокой морозостойкостью, хорошими теплоизоляционными свойствами. Осадочное происхождение имеют пески из ракушечника, известкового туфа, трепела, диатомита. По эксплуатационным характеристикам они уступают изверженным материалам, поскольку обладают высоким водопоглощением.
Искусственные. Сырьем для них служат керамзит, аглопорит, шлаки (отходы металлургического производства), вспученный перлит. Шлаковые материалы производят из доменных и других видов шлаков. Они могут иметь вид мелких гранул, соизмеримых по размеру с обычным песчаным зерном, которые изготавливают скоростным охлаждением и разбрызгиваем шлакового расплава на грануляторах. Гранулированный шлак имеет малую пористость. Для получения шлаковой пемзы расплав шлака вспучивают водой или паром. Другие заполнители – керамзитовый, аглопоритовый, шунгизитовый, вспученный перлитовый или вермикулитовый песок. Еще один материал этой группы – стеклопор. Эти пористые гранулы с окатанными краями, полученные из жидкого стекла, применяются в теплоизолирующих и акустических штукатурных составах.

Органические заполнители для легких строительных растворов – виды и их характеристики

К этому виду заполнителей относятся измельченные растительные материалы – опилки, хвоя, мох, торф, солома.

Высушенные опилки, не имеющие следов масла, – наиболее популярный вариант для акустических и теплоизоляционных штукатурок. Для применения в легких цементных растворах опилки промывают солями для нейтрализации негативного влияния на вяжущее органики, содержащейся в древесных отходах. Насыпная плотность опилок – примерно 0,3 т/м 3 .
Соломенная сечка. Применяется в качестве армирующего материала в глиняных растворах. Востребована в строительстве зданий в южных районах страны.
Мох. Это растение в сухом виде применяется для изготовления штукатурных составов.

Органические заполнители выгодно использовать только по месту их произрастания, поскольку их транспортировка на дальние расстояния экономически нецелесообразна.

Автор: Андрей Васильев

Строитель с 20-летним стажем
Эксперт завода «Молодой Ударник»

В 1998 году окончил СПбГПУ, учился на кафедре гражданского строительства и прикладной экологии.

Занимается разработкой и внедрением мероприятий по предупреждению выпуска низкокачественной продукции.

Разрабатывает предложения по совершенствованию производства бетона и строительных растворов.

Цементные растворы: приготовление, состав, марки, характеристики

Цемент – один из основных строительных материалов. Представляет собой сухое порошкообразное вещество неорганического происхождения. Этот вяжущий материал при взаимодействии с водой образует пластичную смесь, которая при затвердевании превращается в камневидное тело.

Наиболее распространенная разновидность цемента – портландцемент, в состав которого входят оксиды кальция, железа, магния, диоксид кремния, глинозем. Цемент, затворенный водой, дает сильную усадку при твердении, что приводит к появлению трещин в отвердевшем продукте. Поэтому вяжущее используется в сочетании с заполнителями и наполнителями, предотвращающими растрескивание цементного камня. Наиболее популярным мелким заполнителем является песок.

Назначение строительных цементных растворов

Цементно-песчаные (и другие) строительные растворы регламентируются ГОСТом 28013-98. По назначению их разделяют на следующие виды:

, в том числе для монтажных работ. Используются при ведении кирпичной или каменной кладки, для заполнения швов между бетонными и железобетонными панелями, выравнивания полов, заливки площадок, не предназначенных для восприятия серьезных нагрузок. Кладочный состав обеспечивает повышение тепло- и звукоизоляционных характеристик строения.

. Применяются для выравнивания основания и защиты стенового материала от воздействия атмосферных явлений. . Служат для облицовки вертикальных и горизонтальных строительных конструкций керамической и керамогранитной плиткой.

В зависимости от назначения цементного раствора в его составе может быть песок различных фракций.

Назначение раствора	Крупность зерен песка, мм
Для кладки, кроме бутового камня	2,5
Для бутовой кладки	5,0
Для штукатурки, кроме накрывочного слоя	2,5
Для накрывочного штукатурного слоя	1,25
Для облицовочного слоя	1,25

В соответствии с ГОСТом 28013-98 цементные растворы различаются по маркам прочности на сжатие.

Таблица областей применения в зависимости от марки прочности цементного раствора

Марки по прочности на сжатие	Области применения
М50	Заделка щелей внутри помещений
М75	Внутренние кладочные работы
М100	Наружная кладка кирпича и блоков, устройство стяжки пола
М150	Заполнение швов в конструкциях из тяжелых бетонов, изготовления стяжки, при оборудовании гидротехнических объектов
М200	Благодаря высокой водостойкости, продукт используют в качестве гидроизоляционного слоя; при изготовлении материала для конструкций, которые в процессе эксплуатации будут контактировать с агрессивными средами, используется сульфатостойкий цемент

Компоненты строительных цементных растворов

Для получения качественного строительного материала каждый компонент должен соответствовать требованиям нормативов:

Вода. Из питьевого трубопровода или проверенная на качество в лабораторных условиях. Температура +15…+20°C.

Цемент, песок и вода – основные компоненты строительного цементного раствора, но также в рецепт включаются добавки, придающие пластичной смеси или конечному продукту определенные свойства:

Эластификаторы. Улучшают эластичность раствора и его адгезию к основанию, повышают устойчивость затвердевшего продукта к появлению трещин и влагостойкость. Функции эластификатора может выполнять ПВА.
Пластификаторы и их более мощный вариант – суперпластификаторы. Увеличивают подвижность пластичной смеси, сокращают расход материала, уменьшают его склонность к расслоению. Наиболее простой вариант – применение моющих растворов. Их добавляют не в сухую смесь, а в воду.
Гидроизоляторы. Такие добавки ускоряют схватывание и твердение раствора, повышают водонепроницаемость готового слоя.
Латексные добавки. Сообщают готовому продукту широкий спектр полезных свойств – водостойкость, устойчивость к воздействию нефти и нефтепродуктов, других агрессивных химических веществ.
Противоморозные. Применяются при ведении работ в холодный период года.
Сажа, графит и другие красящие вещества. Не влияют на физические характеристики материала, применяются только для изменения цвета готового продукта.

Удельный вес цементно-песчаного раствора зависит от вида и пропорций составляющих, в среднем он равен 1800 кг/м 3 .

Этапы приготовления

Пропорции компонентов зависят от области применения цементного раствора, а следовательно, от марки прочности на сжатие.

Таблица пропорций компонентов раствора – цемента и песка по массе

Марка раствора	Марка цемента	Пропорции компонентов
Марка раствора	Марка цемента	Цемент	Песок
М50	М400	1	7,4
М75	М400	1	5,4
М100	М400	1	4,3
М100	М500	1	4,3
М150	М400	1	3,25
М150	М500	1	3,9
М200	М400	1	2,5
М200	М500	1	3

При небольших объемах работ приготовление цементно-песчаного раствора возможно вручную.

Смешивают вяжущее и песок в сухом состоянии в металлической емкости или на стальном листе. Делать это на грунте не рекомендуется, поскольку состав загрязняется.
После того как смесь приобретет однородный сероватый цвет ее сгребают в гряду или кучку, на вершине которой делают небольшое углубление. В него небольшими порциями добавляют воду.
Полученный состав вымешивают.

Готовый продукт должен напоминать по густоте сметану, след от лопаты должен быть четким, не расплывчатым.

Приготовление материала в бетономешалке обеспечивает высокую скорость процесса и хорошее качество готовой пластичной смеси, благодаря тщательному перемешиванию и получению полностью однородного продукта.

Как сделать цементный раствор в бетономешалке:

В барабан заливают примерно половину положенного объема воды. Примерное количество воды – половина от объема цемента.
Перед тем как развести цемент, в воду вводят добавки, например моющее средство, которое должно полностью раствориться с образованием равномерной пены. Время перемешивания – 3-5 минут.
В барабан добавляют цемент и половину песка. Время перемешивания – 1-3 минуты.
Вводят остаток песка, перемешивают, регулируют плотность цементного раствора путем введения нужного количества воды.
Последний замес – 3-5 минут.

В результате получается однородный продукт, без комков, воздушных пузырей и расслоений. Приготовленный пластичный материал не должен растекаться и рассыпаться. Для проверки его готовности комок выкладывают на ровную поверхность. Требования – из комка не должна вытекать вода, со временем он немного оседает без потери первоначальной формы.

Автор: Андрей Васильев

Строитель с 20-летним стажем
Эксперт завода «Молодой Ударник»

В 1998 году окончил СПбГПУ, учился на кафедре гражданского строительства и прикладной экологии.

Занимается разработкой и внедрением мероприятий по предупреждению выпуска низкокачественной продукции.

Разрабатывает предложения по совершенствованию производства бетона и строительных растворов.

Облегченный тампонажный раствор с добавлением пенокерамических микросфер

Облегчение тампонажных растворов возможно по четырем основным направлениям: увеличение водоцементного отношения; аэрирование тампонажного раствора газовоздушными смесями; использование облегчающих доба- вок [1, 2], химическая реакция и воздухововлечение компонентов при цементировании.

В качестве облегченного наполнителя используются легкие мелкопористые пенокерамические микросферы заданного размера от 0,1 до 0,6 мм с цельной и прочной оболочкой (рис. 1).

Многофункциональные пенокерамические микросферы про- изводятся ООО «СТЭП-Инвест» в г. Копейске Челябинской области, пенокерамические микросферы заданного размера из природных опал-кристобалитовых пород по уникальной запатентованной технологии.

Применение пенокерамики в качестве инертной облегчающей добавки обеспечивает ряд преимуществ:

• цементирование в одну ступень взамен двухступенчатого цементирования;

• снижение удельного веса цементного раствора до 1500 кг/м3 (в сравнении с облегченным гельцементным раствором 1650 кг/м3 и тампонажным раствором для продуктивного горизонта 1850 кг/м3) с обеспечением заданной высоты подъема раствора.

Результаты проведенных в институте ТатНИПИ- нефть лабораторных исследований облегченного тампонажного цемента с добавлением пенокерамики представлены в табл. 1.

По программе проведения опытно-промышленных работ при цементировании эксплуатационных колонн в ПАО «Татнефть» произведено цементирование четырех скважин с применением облегченного тампонажного цемента с добавлением пенокерамики (табл. 2).

Средняя плотность облегченного тампонажного раствора по результатам цементирования 4 скважин составила 1550 кг/м3.

Замечаний к технологическим параметрам, связанным с самим облегченным цементом, не выявлено. Подтверждающий результат лабораторных исследований на ультразвуковом анализаторе цемента (УАЦ) и консистометре представлены на диаграммах (рис. 2 и 3).

Процесс проведения опытно-промышленных работ на четырех скважинах, согласно программе ОПР, прошел успешно. Качество цементирования соответствует нормативным показателям в ПАО «Татнефть».

На двух скважинах произвели цементирование эксплуатационной колонны из стеклопластиковых обсадных труб (СПОТ) производства ООО «Тат- нефть-Пресскомпозит» [3] облегченным тампонажным цементом плотностью 1540 – 1570 кг/м3 с добавлением пенокерамики, примененной для облегчения тампонажного раствора для предотвращения всплытия эксплуатационной колонны, состав- ленной из СПОТ.

Тампонажный раствор, получаемый с добавлением пенокерамики, позволяет повысить качество крепления и эксплуатационную надежность скважин. Подтверждена возможность проведения качественного процесса цементирования со стеклопластиковой эксплуатационной колонной.

Табл. 1. Физико-механические параметры тампонажного раствора с добавлением пенокерамики

Состав тампонажного раствора

Определяемый параметр, единица измерения

Условия проведения испытания

Значение

ТТ ПАО «ТН» для

тампонажного рас- твора, облегченно- го пенокерамикой для продуктивного и непродуктивного интервалов

Облегченная гранулирован- ным пеноке- рамическим материалом тампонажная смесь

Определения объёма облегчённого цементного раствора

7.2 Определения объёма облегчённого цементного раствора.

7.3. Определение объёма продавочной жидкости

где V_М - объём манифольда.

7.4 Определение объёма буферной жидкости

где Н_БЖ – высота столба буферной жидкости (Н_БЖ=200…500 м).

7.5 Определение количества цемента и воды для затворения

Количество цемента для приготовления 1 м 3 цементного раствора определяется из уравнения:

13)

где плотность цементного раствора, кг/м3;

В/Ц – водоцементное отношение.

Тогда

Объем воды, необходимый для затворения этого количества цемента рассчитывается по формуле

(14)

7.6 Определение количества облегчённого цемента и воды для затворения

Расчет ведется по формулам, аналогичным формулам аналигичным формулам (13-14)

7.7 Реологические параметры растворов

Для расчета воспользуемся следующими формулами

(15)

(16)

;

Облегченный цементный раствор:

;

Так как на практике, буровой раствор смешивается с цементным раствором (с буферной жидкостью) и коагулирует, при этом образуется высоковязкая масса.

Примем, что раствор имеет следующие параметры

;

Определение режима работы цементировочной техники

Определяется число смесительных машин для каждого вида тампонажного материала (п_см):

(17)

гдет_НАС - насыпная масса сухой тампонажной смеси, кг/м 3 ;

V_БУНК - ёмкость бункера смесительной машины, м 3 .

Цементный раствор (смесители 2МСН-20)

Облегченный цементный раствор (смесители 2МСН-20)

Производительность смесителя 2СМН-20 по цементному раствору:

где Q_В – производительность водяного насоса, л/с;

Производительность смесителя 2СМН-20 по облегченному цементному раствору:

где Q_В – производительность водяного насоса, л/с;

Число цементировочных агрегатов для закачки цементного раствора (ЦА-320).

Так как производительность смесителя по цементному раствору 20,6 л/с, а максимальная производительность ЦА-320 - 14,5 л/с, то с каждым смесителем должно работать по два агрегата:

для закачки цементного раствора.

Число цементировочных агрегатов для закачки облегчённого цементного раствора.

Так как производительность смесителя по облегчённому цементному раствору 20,2 л/с, а максимальная производительность ЦА-320 - 14,5 л/с, то с каждым смесителем должно работать по два агрегата:

для закачки облегчённого цементного раствора.

1. Общая потребность в цементировочной технике:

Для приготовления цементного и облегчённого цементного растворов необходимо шесть 2СМН-20.

Для подачи воды и начала продавки необходимо два ЦА-320.

Для закачки цементного и облегчённого цементного растворов необходимо 12 ЦА-320.

Также для цементирования используем блок манифольдов 1БМ -700 и станцию контроля цементировании СКЦ-2М-80.

Распределение тампонажных материалов

Предотвращение потерь нефти и газа в проницаемые горизонты предусматривается путём применения высокогерметичных труб типа ОТТГ, ОТТМ и применения специальных герметизирующих резьбовых смазок типа Р - 402, Р - 2МПВ. Контроль качества цементирования осуществляется геофизическими методами и опрессовкой колонн согласно “Инструкции по испытанию скважин на герметичность”.

Для предотвращения загрязнения водоносных горизонтов в том числе таликовых вод применяются следующие технологические решения:

· обработка бурового раствора высокомолекулярными соединениями, обеспечивающая снижение фильтрационных свойств промывочной жидкости;

· ограничение репрессий на водоносный горизонт путём регулирования структурно-механических свойств бурового раствора, обеспечивающих снижение гидродинамического давления в том числе при спуско - подъёмных операциях;

· перекрытие интервала залегания таликовых и водоносных горизонтов колонной обсадных труб, обеспечивающих сохранение естественного состояния подземных вод в процессе дальнейшнго углубления ствола скважины.

Для сохранения естественного состояния коллекторских свойств продуктивного пласта и предотвращения физико – химического загрязнения призабойной зоны пласта реализуются следующие технологические мероприятия:

· снижение водоотдачи бурового раствора до 1,5-2 см 3 путём специальной химической обработки промывочной жидкости при вскрытии и разбуривании продуктивного горизонта;

· уменьшение гидравлических сопротивлений в стволе скважины и снижение репрессии на пласт за счёт применения бурового раствора со значениями напряжения сдвига близкими к нулевым;

· образование на стенках скважины полимерглинистой корки, препятствующей проникновению в пласт твёрдой фазы бурового раствора.

Для предупреждения нефтегазопроявлений продуктивный пласт вскрывается при плотности бурового раствора, регламентированной “Едиными техническими правилами ведения работ при строительстве скважин на нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождениях”. Устье скважины оборудуется в соответствии с действующими нормативными документами противовыбросовым оборудованием.

Основой функцией тампонажных растворов, обеспечивающей охрану недр является изоляция с их помощью флюидосодержащих пластов друг от друга и от земной поверхности. Предусмотрены следующие технико-технологические решения, обеспечивающие природоохранные функции цементных растворов и ограничивающие их отрицательные воздействия на недра:

· интервалы подъема цементных растворов за обсадными колоннами выбраны в соответствии с геологической характеристикой разреза данного месторождения;

· применение токсичных материалов в процессе цементирования является недопустимым;

· для повышения степени вытеснения бурового раствора цементным, предусматривается предварительная прокачка нетоксичной буферной жидкости, смывающей рыхлую часть глинистой корки;

· применяемые для цементирования колонн тампонажного портландцемента ПЦТ-1-50, относящегося к 4-му классу опасности.

Охрана труда и ТБ

Спуск и цементирование обсадных колон в цикле строительства скважины, травмоопасные и ответственные процессы.

Крепление скважины допускается только после проверки мастером и механиком основных узлов вышки, ее вертикальности, надежности талевой системы, лебедки, ротора, фундамента вышки и правильности показаний КИП. Крепление скважины недопустимо без утвержденного главным инженером плана проведения соответствующих работ, акта на опрессовку цементировочной головки и обратных клапанов. Трудоемкость крепления скважины связано с подготовкой обсадных труб к спуску, навинчиванием и цементированием труб, перемещением элеватора на столе ротора, закрытием крышки элеватора, при цементирование скважины трудоемок процесс загрузки цементосмесительной машины.

В процессе закачивания цемента в скважине создается очень высокое давление и по этому персонал не должен находиться в опасных зонах, так же запрещены ремонтные работы.

При вскрытии продуктивных пластов возможны нефтегазопроявления. При этом следует уделять особое внимание удельному весу промывочной жидкости и других ее параметров. На каждой буровой должны быть приборы – газоанализаторы, противогазы, а также комплект безискрового инструмента.

На заключительном этапе работ по обустройству скважин пространство вокруг обсадной колонны заполняют специальным цементным раствором. При затвердевании он образует монолитную рубашку для защиты трубы от агрессивных сред и газов. Для приготовления состава используется тампонажный цемент ПТЦ – особый подвид портландцемента.

Содержание Свернуть

Особенности тампонажного цемента

Раствор для тампонажных работ приготавливают из цемента со специфическими свойствами. Материал:

имеет тонкий помол;
затвердевает в короткие сроки, при этом смесь цемента с водой долго сохраняет текучесть, что позволяет ее свободно закачивать;
схватывается и затвердевает, несмотря на контакт с водой;
совместим с разнообразными добавками.

Монолитная конструкция, выполненная из тампонажного раствора, на протяжении многих лет сохраняет целостность и не теряет прочности благодаря устойчивости к влиянию окружающих сред, в том числе агрессивных.

Cостав

Основой для производства тампонажного цемента служит измельченный клинкер (от 80%) и гипс (2-3,5%). К ним добавляются различные минеральные вещества для приготовления рабочих смесей с заданными свойствами. Применяется несколько видов тампонажных растворов:

Гигроскопический. Добавкой служит триэтаноломин.
Песчанистый. К основному составу добавляют гипс, кварцевый песок.
Утяжеленный. В число утяжеляющих добавок входят железнорудные минералы (магнетит, гематит, шпальт).
Солестойкий. Тонкоизмельченный кварцевый песок, добавленный в раствор, позволяет создать материал, защищающий трубы от коррозии под воздействием грунтовых вод с высоким содержанием соли.

К специальным тампонажным портландцементам относят сульфатостойкую смесь, устойчивую к агрессивным средам.

В сложных геологических условиях, в том числе если в разрезе имеются пласты поглощающие или склонные к гидроразрыву, цементирование глубоких скважин осуществляется с использованием облегченных растворов. Облегченный тампонажный цемент изготавливается путем введения добавок, снижающих плотность состава – золы, трепела, диатомита, алюмосиликатных микросфер и т.д.

Еще ниже плотность легких тампонажных цементов, предназначенных для работ на большой глубине и для ремонта разрушенных участков оболочки. Такие материалы проще закачивать, они обладают высокой адгезией и хорошо сцепляются со старой цементной оболочкой трубы, способны заполнять пустоты и трещины. Добавками служит каолин, полые алюмосиликатные микросферы и т.д.

Отличие тампонажного и расширяющегося цемента. При цементировании скважин в пористых и рыхлых горных породах требуется создать оболочку из цементного камня, не склонного к усадке.

Расширяющийся цемент содержит добавки, благодаря которым в цементном растворе происходят химические реакции с образованием кристаллических продуктов. Таким образом, раствор в процессе застывания увеличивается в объеме, при этом получившийся камень имеет плотную структуру. Обычные тампонажные цементы не расширяются при твердении.

Маркировка тампонажного цемента

Тампонажный цемент производится в соответствии с ГОСТ 1581-96. Материал имеет маркировку ПТЦ (портландцемент). В зависимости от характеристик и свойств, тампонажный цемент бывает:

Бездобавочным (I, I-G, I-H), с добавлением минеральных веществ (II), с примесями, регулирующими плотность состава (III).
Утяжеленным (Ут), облегченным (Об);
Для применения при низких и нормальных (15-50°С), умеренных (51-100°С) и повышенных (101-150°С) температурах;
Обычным и сульфатостойким (СС).

В стандартной маркировке указывается тип цемента, его сульфатостойкость, средняя плотность, максимально допустимая температура применения, степень пластификации (ПЛ) или гидрофикации (ГФ), номер ГОСТа.

Рабочие характеристики зависят от марки тампонажного цемента и особенностей его изготовления. В таблице ниже приведены пределы, в которых могут варьироваться показатели материала.

Остаток на сите с сеткой №008, %, не более

Данные характеристики тампонажного цемента приводятся в сертификате на продукцию вместе с информацией о дате изготовления и объеме партии материала.

Сферы применения

Применение тампонажного цемента обусловлено его главным качеством: материал имеет высокие показатели прочности с самого начала затвердевания. Данный вид цемента в первую очередь предназначен для тампонирования нефтегазовых скважин. В процессе цементирования одновременно вытесняется буровая смесь.

Тампонажный цемент для скважин закачивается с помощью насосного оборудования – чтобы обеспечить текучесть раствора объем воды должен превышать объем сухих компонентов в два раза. Получившаяся масса (пульпа) характеризуется высокой подвижностью, после затвердевания она образует плотный монолит, не склонный к усадке, между обсадной трубой и стенками скважины. При этом материал плотно сцеплен как с трубой, так и со стенками пробуренного в горных породах ствола.

Цементная оболочка служит защитой обсадной трубы от сдвижек пластов, от контакта с грунтовыми водами, агрессивными газообразными средами. Тампонажный цемент применяется для укрепления дна скважины и сокращения ее глубины, для устранения повреждений самой обсадной колонны.

В строительстве данный вид цемента практически не используется. Исключением служит применение тампонажного цемента для фундамента из буровых свай, которые устанавливаются на сложных грунтах.

Заключение

Производители тампонажных цементов выпускают материалы с различными характеристиками для применения в любых условиях.

При подборе марки ПТЦ учитывается:

глубина скважины;
характеристики геологических пластов;
уровень температуры в шахте (влияет на сроки затвердения раствора);
показатель содержания соли в грунтовых водах и т.д.

Чтобы готовый монолит отвечал всем требованиям, важно использовать свежий тампонажный цемент, который хранился в герметичной упаковке.

Читайте также: