Классификация тампонажных материалов
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:
Ø 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;
Ø структурообразование раствора, т. е. загустевание и схватывание после продавливания его за обсадную колонну, должно проходить быстро;
Ø цементный раствор на стадиях загустевания и схватывания и сформировавшийся камень должны быть непроницаемы для воды, нефти и газа;
Ø 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:
Ø песчаные,
Ø волокнистые,
Ø гельцементные,
Ø пуццолановые,
Ø сульфатостойкие,
Ø расширяющиеся,
Ø облегченные с низким показателем фильтрации,
Ø водоэмульсионные,
Ø 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
Ø хлористые кальций,
Ø калий и натрий;
Ø жидкое стекло (силикаты натрия и калия);
Ø кальцинированная сода;
Ø 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:
Ø гидролизованный полиакрилонитрил,
Ø карбоксиметилцеллюлоза,
Ø полиакриламид,
Ø сульфит-спиртовая барда,
Ø конденсированная сульфит-спиртовая барда,
Ø 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 темпера-туростойкость добавки смешивают с вяжущим веществом в процессе производства (специальные цементы) или перед применением в условиях бурового предприятия (сухие цементные смеси).