Тампонажные материалы и оборудование для цементирования скважин.

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:

• тампонажный цемент на основе портландцемента;

• тампонажный цемент на основе доменных шлаков;

• тампонажный цемент на основе известково-песчаных смесей;

• 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 продавли- вания 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 коррози- онно- 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 50 °С, «горячий» - для температур до 100 °С, 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 90.140 °С), в качестве облегчающих добавок используют глино­порошки 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 90.140 °С (в качестве утяжеляющих добавок используют магнетит, барит и др.);

4) термостойкие шлакопесчаные цементы для скважин с температурой 90.140 и 140.180 °С;

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).