Насыпная плотность цемента пцт g

научная статья по теме ПРИМЕНЕНИЕ ОБЛЕГЧЕННОГО ТАМПОНАЖНОГО ЦЕМЕНТА В ОАО «СУРГУТНЕФТЕГАЗ» Геофизика

Цена:

Авторы работы:

Научный журнал:

Год выхода:

Текст научной статьи на тему «ПРИМЕНЕНИЕ ОБЛЕГЧЕННОГО ТАМПОНАЖНОГО ЦЕМЕНТА В ОАО «СУРГУТНЕФТЕГАЗ»»

ПРИМЕНЕНИЕ ОБЛЕГЧЕННОГО ТАМПОНАЖНОГО ЦЕМЕНТА В ОАО «СУРГУТНЕФТЕГАЗ»

В. ПЕТРУШИН, ведущий инженер-технолог Сургутского тампонажного управления

Одним из путей решения проблемы надежного крепления ствола скважин с низкими пластовыми давлениями и низкими градиентами гидроразрыва пластов, обеспечения гарантированного подъема тампонажного раствора за обсадными колоннами до проектных отметок является снижение плотности тампонажного раствора, перекрывающего зоны непродуктивных отложений.

В качестве облегчающей добавки наиболее широко применяются глинопорошки. Для изоляции зоны непродуктивных отложений -сухие гельцементные смеси на базе тампонажного портландцемента ПЦТ-11-50 (86%) с добавкой глино-порошка (14%).

Плотность тампонажного раствора при этом можно снизить до 1500 кг/м3 за счет увеличения во-досодержания. В этом случае значительно снижаются его активность и прочностные свойства. Применение сухих гельцементных смесей имеет и ряд других недостатков:

— существует вероятность получения нерегламентируемых составов смеси;

— параметры гельцементного раствора зависят от качества гли-нопорошка, который регламентируется ТУ 480-1-334-91 в достаточно широком интервале;

— из-за малого времени контакта жидкости затворения с глино-порошком частицы глины не успевают гидратировать, вследствие чего в гельцементном растворе остается значительное количество несвязанной воды;

— в период ОЗЦ несвязанная вода образует в цементном камне каналы, а также фильтруется в пласт под действием перепада давления «скважина-пласт».

С целью повышения качества крепления скважин в зоне непродуктивных отложений институтом «СургутНИПИнефть» совместно с ОАО «Сухоложскцемент» разработаны и прошли промысловые испытания (2000-2003 г.) в ОАО «Сургутнефтегаз» опытные партии облегченного тампонажного цемента. Первая партия цемента ПЦТ 111-Об 5 испытана на Конитлорском, Вачим-ском, Федоровском, Тянском месторождениях. В процессе цементирования осложнений не наблюдалось. Отмечено, что облегченный цементный раствор имеет стабильную плотность и консистенцию. Материалом успешно зацементировано 10 эксплуатационных колонн. К недостаткам первой опытной партии можно отнести невозможность использования данного цемента при цементировании кондукторов, т. к. в диапазоне низких и нормальных температур он не имеет требуемых значений прочности.

Отмеченные недостатки были устранены во второй опытной партии. Однако из-за коротких сроков начала загустевания ее применение при цементировании эксплуатационных колонн оказалось проблематичным. Данная партия использовалась как там-понажный цемент ПЦТ 111-Об 5-50 при креплении 29 кондукторов на Федоровском месторождении.

В процессе цементирования кондукторов установлено, что во время затворения облегченного цемента крайне важно выдерживать плотность раствора не ниже 1500 кг/м3, поскольку при меньшей плотности прочность получаемого цементного камня ниже требуемых значений. Но при повышении плотности раствора более 1520 кг/м3 снижалась его прокачиваемость, что приводило к росту рабочих давлений. Указанные недостатки могли вызвать осложнения в процессе продав-ливания цементного раствора в заколонное пространство при цементировании эксплуатационных колонн.

Назрел вопрос создания универсального облегченного тампо-нажного цемента для всего диапазона температур, имеющегося в скважинах на месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз».

Читайте так же:

Мел гост для цемента

Сургутским тампонажным управлением совместно с «СургутНИПИнефть» было подготовлено техническое задание на приготовление универсального облегченного цемента, который бы удовлетворял требованиям ГОСТ 1581-96 и дополнительным требованиям заказчика.

В соответствии с техническим заданием облегченный тампонаж-ный материал должен:

Водоцементное отношение 1,05 1,30

Плотность 1480-1490 кг/м3 1380-1390 кг/м3

Растекаемость 215-220 мм >250 мм

Время загустевания > 300 мин. 180 мин.

Водоотделение 1,0 мл 4,0 мл

Прочность 0,7 МПа 1,0 МПа

Выход раствора из 1 т цемента 1,35 м3 1,6 м3

— обеспечивать качественное крепление скважин в интервале температур 20-1000 С;

— тампонажный раствор на основе облегченного тампонажного цемента должен быть седимента-ционноустойчивым;

— цементный камень должен:

а) быть коррозионноустойчи-вым в агрессивных средах;

б) быть безусадочным и обладать лучшей адгезией по сравнению с традиционно используемыми материалами;

в) обладать высокими прочностными свойствами в диапазоне нормальных и умеренных температур в ранние сроки твердения;

г) иметь низкую проницаемость.

Облегченный тампонажный цемент МТ0-5-100, отвечающий выше изложенным требованиям, создан в ОАО «Сухоложскцемент» согласно ТУ 5734-5753490-002-2001 и представляет собой облегченный тампонажный материал с применением в качестве облегчающей добавки термообработанного трепела.

Этим составом было зацементировано 24 обсадных колонны (11 кондукторов и 13 эксплуатационных колонн) на Лукьявин-ском месторождении. Реологические и физико-механические свойства облегченного цементного раствора и сформировавшегося из него камня позволили применять его при креплении как кондукторов, так и непродуктивной зоны эксплуатационных колонн.

Облегченный тампонажный раствор для цементирования обсадных колонн имел параметры, указанные в табл. 1.

Отклонений при затворении облегченного тампонажного цемента и закачке его в скважину не наблюдалось, фиксировался

выход облегченного тампонажно-го раствора на устье скважины, при этом циркуляция отмечена во всех случаях до конца процесса цементирования. Было зафиксировано снижение рабочего давления при продавливании облегченного тампонажного цемента на 10-15% по сравнению с использованием гельцементного раствора.

Диаграммы СКУПЦ-К подтверждают отсутствие осложнений при цементировании обсадных колонн с применением МТ0-5-100. При этом коэффициент качества крепления эксплуатационных колонн составил 0,61, для кондукторов — 0,62, что на 19,6 и 24% соответственно выше, чем при креплении по стандартной технологии.

Анализ показывает, что качество цементирования в случае использования облегченного цемента заводского изготовления выше, чем у обычно применяемой гель-цементной смеси (см. рис.). В этой связи можно утверждать, что облегченный цемент МТО-5-100 обеспечивает требуемое качество

Табл. 2. Сравнительная оценка качества цементирования

сплошной, % частичный, % отсутствует, %

МТО-5-100 30,1 64,8 5,1

Сухая гельцемент. смесь 18,3 64,3 17,4

МТО-5-100 29,6 64,3 6,1

Сухая гельцемент. смесь 19,2 65,1 15,7

крепления обсадных колонн и имеет ряд преимуществ:

— плотность приготавливаемого облегченного раствора стабильна во время всего периода затворе-ния;

— при вытеснении цементного раствора в затрубное пространство величина рабочего давления снижается на 10-15%;

Читайте так же:

Покрасить цемент с водой

— при цементировании обсадных колонн отмечено наличие полной циркуляции;

— выход раствора из тонны МТ0-5-100 на 18% больше, чем из тонны гельцемента.

Наряду с явными преимуществами МТО-5-100 имеет однако небольшую насыпную массу -658 кг/м3, что потребует увеличения парка спецтехники для его транспортировки на буровые.

В лаборатории Сургутского тампонажного управления проведены исследования динамики изменения прочности при изгибе в зависимости от срока гидратации, которые показали, что набор прочности происходит в течение шести месяцев. При этом интенсивность набора прочности у цементного камня из МТО-5-100 выше, чем у цементного камня, приготовленного из сухой смеси (табл. 2).

Таким образом, применение облегченного цемента МТО-5-100 позволит повысить качество цементирования обсадных колонн. Сдерживающим же фактором широкого его применения может стать его высокая стоимость. ■

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Пoхожие научные работы по теме «Геофизика»

ТАМПОНАЖНЫЕ РАБОТЫ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ СКВАЖИН

МИРОНОВ С.В. — 2012 г.

БЕЛЕЙ И.И., ВЯЛОВ В.В., ЦЫПКИН Е.Б., ЩЕРБИЧ Н.Е. — 2007 г.

ДЮСЮНГАЛИЕВ М.А., КОТЕЛЬНИКОВ С.А., ФЕДОРОВ В.Н. — 2010 г.

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.

Читайте так же:

Как удалить следы цемента облицовочного кирпича

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.

Читайте так же:

Песок для растворов цементных гост

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.

Микросфера алюмосиликатная в тампонажном цементе

Преимущества использования облегченных тампонажных цементов на основе микросфер для нефтегазодобывающих компаний:

Тампонажный цемент применяется в газо- и нефтедобыче для процесса заделки пространства между стволом скважины и обсадной колонной с целью защиты от грунтовых вод или разделения пластов нефти — тампонирование нефтяных и газовых скважин.

Тампонажный цемент производится с добавкой помола гипсового камня в количестве 2-3,5% от массы цементного клинкера и небольшой доли других минеральных веществ. Тампонирование скважин осуществляется жидким цементным тестом (без добавления песка) с содержанием воды в растворе до 50% от массы цемента.

Низкая плотность, возможность снизить удельный вес цементного раствора до 1,1-1,3 г/см3 (для традиционного облегченного гельцементного раствора 1,52-1,54 г/см3), и как следствие: снижение репрессии на продуктивный пласт, снижение проникновения фильтрата в продуктивную зону пласта, обеспечение заданной высоты подъема цемента.

Малая усадка раствора, соответственно, улучшение связи пласта с обсадными трубами скважины.

Легкое смешивание. Облегченный тампонаж можно готовить непосредственно на буровой, замешивая микросферы с цементом в сухом виде. Для этого может использоваться любой стандартный смеситель.

Экономичность. Снижение затрат за счет отказа от технологии двухступенчатого цементирования и уменьшения времени обустройства скважины.

Композиция состоит из содержащей полые алюмосиликатные микросферы, каолин и поверхностно-активный гидроксид алюминия.

Легковесный наполнитель содержит данные компоненты в следующих количествах, мас.%: полые алюмосиликатные микросферы — 80,0-95,0, каолин — 3,0-15,0, поверхностно-активный гидроксид алюминия — 2,0-5,0.

Температура плавления микросфер превышает 1350°С. Микросферы могут выдерживать давление 10,000 psi при уменьшении объема до 50%.

Поскольку полые алюмосиликатный микросферы имеют насыпную объемную массу 0,30-0,50 г/см 3 и высокую прочность — 5-6 по Моосу, использование их в качестве основного компонента легковесного наполнителя обеспечивает не только значительное уменьшение плотности тампонажных цементов, но и обеспечивает такое важное свойство, как безусадочность при образовании цементного камня. Содержание в легковесном наполнителе 80,0-95,0 мас.% (предпочтительно 90 мас.%) полых алюмосиликатных микросфер обеспечило уменьшение плотности тампонажных цементов до 1,1 г/см 3 при добавлении к портландцементу марки ПЦТ 1-100 легковесного наполнителя в количестве 45,0 мас.%. Использование микросфер позволило получить прочную структуру цементного камня с минимальной внутренней пористостью.

Технология использования микросфер для получения облегченных тампонажных материалов уже давно известна в мире, однако до последнего времени ее широкое использование ограничивалось высокой ценой на искусственные микросферы, предлагаемые западными производителями.
Предлагаемые алюмосиликатные микросферы являются побочным продуктом, образующимся при сжигания угля, и их цена на порядок ниже предлагаемых аналогов.

Читайте так же:

Керчь цементная слободка индекс

Тампонажные работы

Применение расширяющих добавок

Расширение цементного камня улучшает контакт цемента с горной породой и обсадной трубой. Это очень важно при цементировании проявляющих горизонтов.

Рецептуры расширяющихся цементов должны подбираться таким образом, чтобы при расширении твердеющего цементного раствора создавалось давление на стенки скважины. Для этого процесс расширения должен происходить после начала схватывания цементного раствора, и завершаться в течении 2-3 суток, до проведения цементометрии.

Использование облегченных тампонажных цементов на основе микросфер для нефтегазодобывающих компаний

Низкая плотность, возможность снизить удельный вес цементного раствора до 1,1-1,3 г/см³ (для традиционного облегченного гельцементного раствора 1,52-1,54 г/см³), и как следствие: снижение репрессии на продуктивный пласт, снижение проникновения фильтрата в продуктивную зону пласта, обеспечение заданной высоты подъема цемента.

Малая усадка раствора, соответственно, улучшение связи пласта с обсадными трубами скважины.

Композиция состоит из содержащей полые микросферы, каолин и поверхностно-активный гидроксид алюминия.

Легковесный наполнитель содержит данные компоненты в следующих количествах, мас.%: полые микросферы — 80,0-95,0, каолин — 3,0-15,0, поверхностно-активный гидроксид алюминия — 2,0-5,0.

Микросфера в сухом виде

Расположение микросфер в цементном растворе

Стеклянные микросферы характеризуются не только низкой плотностью, но и высокой удельной прочностью на объемное сжатие. Полые стеклянные микросферы обладают большой удельной поверхностью и размерами частиц, меньшими размеров частиц цемента. Поэтому они более активно адсорбируют жидкость затворения на начальном этапе гидратации, равномерно распределяясь в объеме раствора (камня), образуя композитный материал.

Кроме снижения плотности и повышения закупоривающих свойств тампонажной смеси добавка полых стеклянных микросфер обеспечивает высокое качество изоляции поглощений за счет увеличения адгезионного сцепления камня со стенками поглощающих каналов, которое возникает у предварительно напряженного камня при изменении давления в процессе проведения изоляционных работ. Поскольку полые алюмосиликатный микросферы имеют насыпную объемную массу 0,30-0,50 г/см³ и высокую прочность — 5-6 по Моосу, использование их в качестве основного компонента легковесного наполнителя обеспечивает не только значительное уменьшение плотности тампонажных цементов, но и обеспечивает такое важное свойство, как безусадочность при образовании цементного камня. Содержание в легковесном наполнителе 80,0-95,0 мас.% (предпочтительно 90 мас.%) полых алюмосиликатных микросфер обеспечило уменьшение плотности тампонажных цементов до 1,1 г/см³ при добавлении к портландцементу марки ПЦТ I-G-СС-1 легковесного наполнителя в количестве 45,0 мас.%. Использование микросфер позволило получить прочную структуру цементного камня с минимальной внутренней пористостью.

голоса

Рейтинг статьи