Тампонажный цемент

Тампонажный цемент применяется при обустройстве газовых и нефтяных скважин. Его используют как в процессе капитального ремонта, так и при бурении. По составу он является разновидностью портландцемента. Отличается скоростью застывания.

Область применения

Тампонажный цемент используют при приготовлении растворов, предназначенных для заполнения пространства между колонной скважины и ее внутренними стенками. Это необходимо для защиты от проникновения воды внутрь колонны.

Кроме этого такой раствор используют с целью разделения нефтеносных слоев друг от друга. Заливка проводится с использованием специализированной техники. Это позволяет достичь высокого качества работ.

Преимущества материала

Востребованность при выполнении бурильных работ обусловлена несколькими преимуществами:

• Обеспечение текучести раствора. Закачивание состава осуществляется с помощью насосного оборудования. Это требует минимальной вязкости. Тампонажный цемент позволяет создать раствор с требуемыми характеристиками.
• Устойчивость затвердевшего состава к негативному влиянию солей, находящихся в составе подземных вод. Образовавшийся камень препятствует проникновению воды в колонну.
• Подвижность смеси при заливке пустот. Пространство заполняется с высокой скоростью. Подвижность материала позволит избежать трудностей в процессе работы.
• Скорость затвердевания. Материал обеспечивает требуемые прочностные характеристики затвердевшего кольца по прошествии двух суток с момента заливки.
• Температурный диапазон. В зависимости от температурного режима скважины делят на холодные и горячие.
• Устойчивость затвердевшего камня к механическим воздействиям. Тампонажный цемент исключает вероятность образования трещин.
• Долговечность. Этот параметр обеспечивает длительный срок использования нефтяных и газовых конструкций.

Цемент такого типа имеет частицы мелкой фракции. Это достигается за счет особого помола составляющих.

Методы цементирования

Замес раствора осуществляется механическим способом с применением специализированного оборудования. Тщательное вымешивание позволяет получить однородную массу, пригодную для применения.

В скважину смесь подают с помощью насосных установок под давлением. Такая технология обеспечивает скорость заполнения. Существует несколько способов цементирования. Их подбирают учитывая особенности конструкции. Распространены следующие способы:

1. Прямое;
2. Через заливочные трубы;
3. Обратное;
4. Многоступенчатое.

При выборе способа также учитывают характер расположения продуктивных пластов.

Порядок работ при прямом цементировании

При обустройстве скважин строго придерживаются выбранной технологии. Это позволяет добиться высоких итоговых результатов. Нарушения, допущенные при монтаже, приведут к сокращению срока службы конструкции. Прямое цементирование проводится в несколько этапов:

• Расчет требуемой глубины, на которую требуется опускание колонны.
• Формирование колонны из стальных труб требуемого диметра. После изготовления колонну подвешивают.
• Подача специального глинистого раствора, предназначенного для промывки.
• Опускание стальных труб на нижнюю заглушку, отверстие которой перекрыто стеклянной перегородкой. После этого нижняя заглушка перекрывает отверстие за счет стеклянной перегородки.
• Подача цементного раствора в колонну, перекрытую стеклянной перегородкой. Эта процедура проводится за короткое время, что позволяет избежать начала затвердевания состава.
• Монтаж верхней пробки глухого типа. Заглушка плотно перекрывает отверстие.

Подается глинистая смесь. Ее накачивают специальными насосными установками. Это позволяет достичь высокого давления, в результате чего цементный состав перемещается к нижней части.

Нижняя заглушка упирается в кольцо, установленное на обсадной трубе, и происходит разрушение стекла. После этого цементный раствор под давлением устремляется в пространство между стенками скважины и обсадными трубами.

Нагнетание глинистой смеси прекращают после полного опускания верхней заглушки. Этот момент определяют исходя из показаний манометра на насосном оборудовании. После опускания верхней заглушки давление резко повышается.

После проведения этих операция проводят проверку высоты расположения нагнетаемой массы. На этом этапе работы прекращают. Раствору необходимо время для застывания и набора прочности. Это может занять от 18 до 48 часов. По прохождению этого срока проводят испытания, при которых определяют герметичность колонны из стальных труб.

Следующим шагом является дальнейшее бурение или изготовление отверстий в стенке трубы. Через эти отверстия и будет поступать нефть в колонну из обсадных труб.

Требования к раствору

Для качественного выполнения работ раствор, изготовленный на основе тампонажного цемента должен отвечать нескольким требованиям:

• Высокая степень текучести. Этого показателя должно быть достаточно для закачивания с высокой скоростью. Кроме этого текучесть обеспечивает возможность проникновения смеси в пространство между трубами и стенками скважины. Снижение требуемой текучести приведет к сложностям при выполнении работ.
• Подвижность. Сроки затвердевания зависят от рабочей температуры. После нагнетания необходима некоторая подвижность массы. Она позволяет выдавить состав за пределы колонны с использованием высокого давления.
• Прочностные характеристики. К прочности камня предъявляются особые требования. Масса должна набрать прочность за первые 48 часов после заливки. В норме колонна должна оставаться неподвижной при дальнейшем бурении или перфорации. Помимо этого камень должен быть устойчив к проникновению влаги при различной температуре.
• Вязкость. Тампонажный цемент обеспечивает требуемую вязкость раствора. Благодаря этому удается быстро закачать его с помощью насосных установок. Увеличение вязкости потребует повышения давления при нагнетании. Также увеличенная вязкость может привести к невозможности продавливания состава через колонну в полость. Требования к вязкости могут изменяться в зависимости от рабочей температуры.
• Устойчивость к воздействию агрессивных жидкостей. Воды в пластах имеют большое количество агрессивных химических веществ. Проникновение такой жидкости приводит к попаданию воды в нефть и негативному воздействию на стальной трубопрокат. При взаимодействии с агрессивными веществами металл подвергается коррозии.
• Пластичность. После 48 часов проводятся работы по дополнительному бурению или перфорации. При этом на камне могут образоваться трещины. Это приведет к нарушениям в эксплуатации и проникновению воды. На начальном этапе камень должен быть прочным и пластичным. Это позволит проводить дальнейшее бурение или перфорацию без его повреждения.
• Газопроницаемость. Камень должен быть устойчивым к проникновению газов. Это особенно актуально при обустройстве газовых скважин. Наличие микротрещин приведет к прохождению газов, что ухудшит эксплуатационные возможности и приведет к потребности в ремонте.
• Устойчивость к перепадам давления. В процессе использования возможны резкие перепады давления в колонне. Использование некачественного цемента приведет к разрушению камня. Тампонажный цемент устойчив к перепадам давления.
• Широкий диапазон рабочей температуры. Скважины разделяют на холодные и горячие. При этом учитывают температуру, при которой будет использоваться раствор. Смесь должна обеспечить высокую скорость застывания в совокупности с подвижностью и текучестью.

Принимая во внимание рабочую температуру, тампонажный цемент делят на два типа. Это материал соответствующий всем эксплуатационным требованиям при температуре в скважине до 40оС, и для более высокой температуры.

Эксплуатационные сроки

Срок использования тампонажного цемента зависит одновременно от нескольких критериев. В связи с этим для разных скважин он может отличаться. Стоит учитывать, что проведение осмотра сформировавшегося камня в процессе эксплуатации невозможно. Это затрудняет проведение испытаний.

На срок эксплуатации влияют показатели температуры и давления в скважине. Они также оказывают влияние на процесс цементирования. Разный температурный режим и показатели давления могут изменить процесс отверждения раствора. Широкий температурный диапазон обусловлен тем, что нефтяные пласты имеют более высокую температуру, чем водяные. Кроме этого на эксплуатационный срок оказывают влияние:

1. Концентрация солей в пластовых водах. Жидкости, содержащие хлор, кальций, магний и другие вещества, оказывают негативное влияние на сформированный камень. Это провоцирует его преждевременное разрушение. Коррозионные процессы ускоряются при повышении температуры.

2. Диффузионные процессы. Часто при эксплуатации происходят фонтаны и выбросы. В это время обсадные трубы и бетонное кольцо подвергается механическим воздействиям. Они приводят к образованию микротрещин и разрушению материала.

Испытания показали, что обычный портландцемент имеет медленное схватывание. По этой причине он не подходит для решения подобных задач.

Особенности производства

Технология производства тампонажного цемента имеет несколько отличий от портландцемента. Основным отличием является более мелкий помол составляющих. Это необходимо для быстрого затвердевания.

При измельчении в состав добавляют шлак, различные минеральные и инертные добавки, известняк и кварцевый песок. Эти составляющие обеспечивают требуемые характеристики раствора. А именно – скорость схватывания, подвижность, текучесть, эластичность, прочность.

Требования к цементу для горячих скважин немного отличаются. В первую очередь материал низкоалюминатен. Он пригоден для применения при высокой температуре. Существуют универсальные составы для холодных и горячих скважин. Однако эти смеси не всегда используются в условиях повышенной температуры.

Особенности цементирования

При проведении работ принимают во внимание несколько особенностей:

• Негативное влияние глинистого раствора для промывки на время схватывания цементного состава.
• Воздействие перфорации и дальнейшего бурения на прочностные характеристики камня. При проведении таких работ увеличивается механическое воздействие на конструкции.
• Подвижность смеси. Для нормального нагнетания раствор должен быть подвижным некоторое время. Низкая подвижность приведет к невозможности выполнить цементирование.
• Скорость подъема при прямом цементировании. Масса должна подниматься со скоростью около 15 метров за одну секунду. Это позволит очистить стенки скважины от глинистой корки, негативно влияющей на скорость отверждения.

В процессе нагнетания контролируют показатели давления. Помимо этого рассчитывают количество нагнетаемого в колонну цементного раствора. Так удается правильно заполнить пустоты и достичь положительных результатов.

Принимая во внимание характеристики материала, его срок службы и эксплуатационные параметры, удается подобрать тампонажный цемент, соответствующий определенным требованиям.