Тампонажные материалы. Это такие материалы, которые при затворении водой образуют суспензии,
способные затем превратиться в твердый непроницаемый камень.
В зависимости от вида вяжущего материала Тампонажные материалы делятся на:
1) тампонажный цемент на основе портландцемента; 2) тампонажный цемент на
основе доменных шлаков; 3) тампонажный цемент на основе известково-песчаных
смесей; 4) прочие тампонажные цементы (белиловые и др.).
При цементировании скважин применяют только два первых вида - тампонажные
цементы на основе портландцемента и доменных шлаков.
К цементным растворам предъявляют
следующие основные требования:
·
подвижность раствора должна быть такой, чтобы его можно было закачивать в
скважину насосами, и она должна сохраняться от момента приготовления раствора
(затворения) до окончания процесса продавливания;
·
структурообразование раствора, т. е. загустевание и схватывание после
продавливания его за обсадную колонну, должно проходить быстро;
·
цементный раствор на стадиях загустевания и схватывания и сформировавшийся
камень должны быть непроницаемы для воды, нефти и газа;
·
цементный камень, образующийся из цементного раствора, должен быть
коррозионно- и температуроустойчивым, а его контакты с колонной и стенками
скважины не должны нарушаться под действием нагрузок и перепадов давления,
возникающих в обсадной колонне при различных технологических операциях.
В зависимости от добавок тампонажные цементы и их растворы подразделяют на
песчаные, волокнистые, гельцементные, пуццолановые, сульфатостойкие,
расширяющиеся, облегченные с низким показателем фильтрации, водоэмульсионные,
нефте-цементные и др.
В настоящее время номенклатура
тампонажных цементов на основе портландцемента и шлака содержит:
1) тампонажные портландцементы для
«холодных» и «горячих» скважин («холодный» цемент - для скважин с температурой
до 500С, «горячий» - для температур до 1000С, плотность
раствора 1,88 г/см3);
2) облегченные цементы для получения
растворов плотностью 1,4 - 1,6 г/см3 на базе тампонажных
портландцементов, а также на основе шлакопесчаной смеси (до температур 90 - 1400С),
в качестве облегчающих добавок используют глино-порошки или молотые пемзу,
трепел, опоку и др.;
3) утяжеленные цементы для получения
растворов плотностью не менее 2,15 г/см3 на базе тампонажных
портландцементов для температур, соответствующих «холодным» и «горячим» цементам,
а также шлакопесчаной смеси для температур 90 - 1400С (в качестве
утяжеляющих добавок используют магнетит, барит и др.);
4) термостойкие шлакопесчаные
цементы для скважин с температурой 90 - 140 и 140 - 1800С;
5) низкогигроскопические тампонажные
цементы, предназначенные для длительного хранения.
Регулируют свойства цементных
растворов изменением водоцементного отношения (В:Ц), а также добавлением
различных химических реагентов, ускоряющих или замедляющих сроки схватывания и твердения,
снижающих вязкость и показатель фильтрации.
В практике бурения в большинстве случаев применяют цементный раствор с В:Ц
= 0,4 - 0,5. Нижний предел В:Ц ограничивается текучестью цементного раствора,
верхний предел - снижением прочности цементного камня и удлинением срока
схватывания.
К ускорителям относятся хлористые кальций, калий и натрий; жидкое стекло
(силикаты натрия и калия); кальцинированная сода; хлористый алюминий. Эти
реагенты обеспечивают схватывание цементного раствора при отрицательных
температурах и ускоряют схватывание при низких температурах (до 40 °С).
Замедляют схватывание цементного раствора также химические реагенты, такие
как гидролизованный полиакрилонитрил, карбоксиметилцеллюлоза, полиакриламид,
сульфит-спиртовая барда, конденсированная сульфит-спиртовая барда, нитролигнин.
Перечисленные реагенты оказывают комбинированное действие. Все они понижают
фильтрацию и одновременно могут увеличивать или уменьшать подвижность цементного
раствора.
Для приготовления цементного раствора химические реагенты растворяют
предварительно в жидкости затворения (вода). Утяжеляющие, облегчающие и
повышающие температуростойкость добавки смешивают с вяжущим веществом в
процессе производства (специальные цементы) или перед применением в условиях
бурового предприятия (сухие цементные смеси).