Тампонажный бетон что это

Способ укладки тампонажного слоя в котловане, огражденном шпунтом

Изобретение относится к области строительства, и в частности к укладке тампонажного слоя в шпунтовом ограждении. Технический результат — улучшение качества тампонажного слоя и снижение количества бетона в тампонажном слое. Бункер с бетонолитной трубой и закрытым водонепроницаемым затвором загружают бетоном из бетоносмесителя, переносят бункер в шпунтовое ограждение в место, где необходимо произвести бетонирование, и устанавливают бетонолитную трубу затвором на грунт. После этого расфиксируют затвор. Приподнимают бункер с бетонолитной трубой на высоту 0,5-0,6 диаметра трубы и укладывают порцию бетонной смеси, равную объему бункера в нужном месте. После укладки порции бетонной смеси бункер с бетонолитной трубой извлекают, закрывают водонепроницаемый затвор и загружают бункер бетонной смесью, после чего процесс повторяется. 5 ил.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в транспортном и гидротехническом строительстве, например при укладке тампонажного слоя из подводного бетона на строительстве опор мостов, фундаментов под маяки и т.д. в шпунтовом ограждении.

Известен способ укладки подводного бетона методом вертикального перемещения трубы (ВПТ), состоящий из опускания бетонолитной трубы, в нижней части которой установлен открывающийся и закрывающийся клапан, установки внутрь трубы пробки и подачи бетонной смеси в бетонолитную трубу. За счет регулирования степени открытия клапана бетонная смесь, следуя за пробкой, постепенно опускается вниз и через нижний конец трубы выпускается на поверхность подводного грунта. Для дальнейшего бетонирования необходимо приподнимать трубу и производить бетонирование по высоте /JP, 60-498, E 02 D 15/06, 1985/.

Недостатком этого способа является то, что затвор расположен на некотором расстоянии от конца бетонолитной трубы и вода с грунтом попадает в бетонную смесь. Это приводит к неоднородности укладываемого бетона.

Известен способ укладки подводного бетона в обсадных трубах с использованием бетонолитной трубы, имеющей водонепроницаемый затвор в нижней части.

Способ заключается в следующем.

Загружают бетоном бункер с бетонолитной трубой, конец которой герметично закрыт затвором, затем уплотняют бетонную смесь в бетонолитной трубе вибратором и открывают затвор. После чего опускают бетонолитную трубу до низа бетонируемой конструкции и приподнимают на высоту 10-15 см, включают вибратор и укладывают бетон. Последующим заполнением бетонной смесью бетонолитной трубы и с лидерным ее подъемом производят бетонирование методом вертикального подъема трубы /метод ВПТ/ /SU, 392208, E 02 D 15/07, 1971/.

Недостатком такого способа ВПТ является то, что для достижения однородности укладываемой бетонной смеси необходимо постоянное расположение конца трубы в ранее уложенном бетоне.

При бетонировании, например, набивных свай этот метод широко применяется. Но при бетонировании больших площадей требуется установка нескольких таких устройств для непрерывности тампонажного слоя. Но в этом случае точная дозировка бетонной смеси не гарантируется.

Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ укладки тампонажного слоя, заключающийся в установке по верху шпунтового ограждения поперечного мостика с расположенными на нем несколькими бункерами с бетонолитными трубами, нижний конец которых перекрыт затвором. При открытых створках затвора производят бетонирование тампонажного слоя до достижения проектной отметки бетона под мостиком путем излива бетона из каждой трубы, причем ее нижний торец при этом размещен в изливаемом бетоне, после этого мостик перемонтируется на следующую полосу бетонирования /Костерин Э.В. Основания и фундаменты. М. Высшая школа, 1978, с. 124-126, рис. 5.13/.

Недостатком этого способа является громоздкость конструкции, сложность получения ровной поверхности тампонажного слоя и необходимость применения бетона большой пластичности для захвата большой площади бетонирования, что снижает прочность укладываемого бетона.

Техническим результатом предложения является снижение металлоемкости, возможной точной дозировки в любой точке площади бетонирования, увеличение прочности укладываемого бетона за счет увеличения жесткости бетонной смеси, исключение необходимости сдвижки ранее уложенного массива бетона. Кроме того, исключается необходимость непрерывности бетонирования, связанной с необязательностью заглубления бетонолитной трубы в ранее уложенный бетон. Технический результат достигается за счет того, что в способе укладки тампонажного слоя в котловане, огражденном шпунтом, включающем подводную укладку бетона на дно котлована отдельными участками путем установки на дне котлована загруженного бетоном бункера с прикрепленной к нему бетонолитной трубой, нижний конец которой перекрыт затвором со створками, подъем трубы с одновременным изливом из нее бетона при раскрытых створках затвора и с размещением при этом нижнего торца трубы в изливаемом бетоне, осуществляют на высоту, равную 0,5-0,6 ее диаметра, а излив бетона осуществляют в объеме, равном объему бункера, причем после излива бетона извлекают трубу из котлована при закрытых створках затвора, заполняют бункер бетоном и перемещают трубу на очередной участок бетонирования.

Сущность поясняется чертежами, где изображено: на фиг.1 загрузка бетонолитной трубы при закрытом водонепроницаемом затворе, на фиг.2 — установка бетонолитной трубы в шпунтовом ограждении на грунт; на фиг.3 — подъем бетонолитной трубы на 0,5-0,6 ее диаметра и укладка порции бетонной смеси; на фиг. 4 укладка бетонной смеси на очередном участке котлована; на фиг.5 водонепроницаемый затвор.

На плавучей опоре 1 установлен бетоносмеситель 2, который загружает бункер 3 с бетонолитной трубой 4, поднимаемый крюком крана 5.

В бункере 3 проходит направляющая труба 6, в которой расположен трос 7, связанный через рычаг 8 и тяги 9 с установленными шарнирно створками 10 водонепроницаемого затвора 11.

Трос 7 связан через блочок 12 с лебедкой 13, установленной на бункере 3.

Способ осуществляется следующим образом.

Бункер 3 с бетонолитной трубой 4 и закрытым водонепроницаемым затвором 11 загружают бетонной смесью из бетоносмесителя 2, установленного на плавучей опоре 1, затем краном переносят бункер 3 с бетонолитной трубой 4 в шпунтовое ограждение 14 в место, где необходимо произвести бетонирование, и устанавливают бетонолитную трубу 4 затвором 11 на грунт.

После этого расфиксируют створки 10 затвора 11, стравив трос 7 лебедки 13. Крюком 5 крана приподнимают бункер 3 с бетонолитной трубой 4 на высоту 0,5-0,6 диаметра трубы и порция бетонной смеси, равная объему бункера 3, укладывается в ранее намеченном месте, вытесняя илистый грунт.

Торец бетонолитной трубы в это время располагается в укладываемом бетоне. Экспериментально было выяснено, что при загрузке полностью бункера 3 объема 2,5-3,0 куб.м. для укладки бетонной смеси на грунт необходимо приподнять бетонолитную трубу 4 на 0,5-0,6 ее диаметра /диаметр бетонолитной трубы 300 мм/.

После укладки бетонной смеси бункер 3 с бетонолитной трубой 4 извлекают из воды, закрывают створки 10 водонепроницаемого затвора 11, подтянув трос 7 лебедкой 13, и вновь загружают бункер 3 бетонной смесью.

Бетонолитную трубу 4 подают уже к ранее уложенному бетонному слою и, проделав те же операции, укладывают новую порцию бетонной смеси с перекрытием на ранее уложенный бетон.

Процесс повторяется до полной укладки тампонажного слоя в шпунтовом ограждении.

Способ укладки тампонажного слоя в котловане, огражденном шпунтом, включающий подводную укладку бетона на дно котлована отдельными участками путем установки на дне участка котлована загруженного бетоном бункера с прикрепленной к нему бетонолитной трубой, нижний конец которой перекрыт затвором со створками, подъем трубы с одновременным изливом из нее бетона при раскрытых створках затвора и с размещением при этом нижнего торца трубы в изливаемом бетоне, отличающийся тем, что подъем трубы осуществляют на высоту 0,5 0,6 ее диаметра, а излив бетона осуществляют в объеме, равном объему бункера, причем после излива бетона извлекают трубу из котлована при закрытых створках затвора, заполняют бункер бетоном и перемещают трубу на очередной участок бетонирования.

Читать еще:  Гидроизоляция на основе жидкого стекла

Подводное бетонирование

Подготовка основания под фундамент

После окончания разработки сухого котлована непосредственно перед началом укладки бетона дно котлована должно быть зачищено до проектной отметки.

В случае разработки грунта котлована с водоотливом его дно выравнивают, проверяют размеры и при необходимости уплотняют основание. Для этого на дно засыпается и утрамбовывается слой гравия или щебня толщиной 10-15 см.

При мокрых глинистых грунтах в основание, предварительно очищенное от верхнего разжиженного слоя, следует втрамбовать слой щебня толщиной не менее 10…15 см с проливкой его цементным раствором.

При обнаружении на дне котлована ключей они должны быть заглушены, а если это не удаётся, необходимо устроить коптаж с отводом воды за пределы фундамента. Коптаж — сооружение (каменная наброска, колодец, траншея) для перехвата и сбора подземных вод в местах их вывода на поверхность (см. рис.).

В котлованах под фундаменты средних и больших мостов, особенно при статически неопределимых системах пролётных строений, грунты в основаниях должны быть испытаны и проведено контрольное бурение для проверки действительной мощности несущего слоя.

Если грунт в заполненном водой котловане разрабатывали без водоотлива, то для возможности откачки воды из котлована перед бетонированием фундамента необходимо уложить тампонажный слой из бетона способом подводного бетонирования. Тампонажный бетон по своим качествам обычно не может быть составной частью конструкции фундамента, поэтому его нужно располагать ниже проектной отметки основания низкого свайного ростверка, причём соответственно должны быть увеличены глубина котлована.

При сооружении фундаментов необходим тщательный контроль всех скрытых работ, т.е. проверка состояния и плотности грунта дна котлована, отсутствие раковин в бетонной кладке, необходимо испытывать образцы бетона из различных частей фундамента и т.п.

Подводное бетонирование применяется в фундаментостроении как для устройства тампонажного слоя в котлованах, так и для возведения буровых свай, заполнения полостей оболочек и сопряжения их со скальными породами, заполнения шахтных отверстий опускных колодцев.

Для подводного бетонирования наиболее широко применяется способ вертикально перемещаемой трубы (ВПТ). При тщательном выполнении технологических операций он обеспечивает плотную, однородную и достаточно прочную кладку, а также высокую производительность работ.

При работе по способу ВПТ бетонируют при помощи вертикально подвешенных труб, постепенно перемещаемых вверх по мере выхода из них бетонной смеси. Трубы устанавливают на расстоянии одна от другой с учётом зоны растекания смеси. От одной трубы смесь растекается в радиусе от 2 до 4 м в зависимости от консистенции, глубины котлована и диаметра трубы. Бетонная смесь должна быть пластичной с осадкой конуса 16-20 см, интенсивность подачи через каждую трубу обычно составляет 3…20 м 3 /ч в зависимости от подвижности смеси и глубины котлована.

Инвентарными бетонолитными трубами служат стальные трубы диаметром около 300 мм, составленные из секций длиной 2 – 5 м на фланцевых соединениях. К верхней части трубы на фланцах прикрепляется воронка объёмом 1 – 3 м 3 . Воронки с трубами подвешивают на специально предусматриваемую балочную клетку.

Рис. Схема подводного бетонирования методом ВПТ: 1 – плавучий кран для подачи бетонной смеси, 2 – раздаточный бункер, 3 – бетонолитная труба, 4 – уложенная бетонная смесь, 5 – опалубка, 6 – шпунтовое ограждение

Сцепление тампонажного слоя бетона со стенками котлована из металлического инвентарного шпунта следует предотвращать. Для этой цели металлический шпунт покрывают битумом или другой смазкой.

Чтобы обеспечить качество подводного бетона, необходимо предотвратить возможность проникновения воды в бетонолитную трубу. Для этого нижний конец трубы при её подъёме всегда должен оставаться заглубленным в укладываемом слое смеси, а при первоначальном заполнении трубы необходимы защитные приспособления в виде заглушек (пробок), которые постепенно опускаются до низа трубы по мере заполнения её бетонной смесью. Пробку поддерживают пропущенной внутри трубы проволокой. После заполнения трубы смесью проволоку обрезают.

Бетонная смесь будет перемещаться по трубе и выходить, если её вес станет больше гидростатического давления в уровне низа трубы и сил трения о стенки трубы. Это условие обеспечивают соответствующим превышением воронки над уровнем воды в водоёме. Превышение воронки над водой определяют по формуле:

где r – радиус действия трубы; H – глубина воды.

При отрицательном значении h, превышение воронки можно принимать любое удобное по условиям бетонирования.

Перемещение бетонной смеси по трубам облегчается при вибрировании воронки и трубы навесными вибраторами. Смесь укладывают, как правило, без перерывов. При вынужденных перерывах укладку бетонной смеси возобновляют только после достижения бетоном прочности 2,5…3 МПа.

Толщину тампонажного слоя определяют из условия равенства веса бетонируемой плиты и гидростатического давления на уровне дна котлована с коэффициентом запаса 1.1. Во всех случаях минимальный слой подводного бетона должен быть не менее 1 м

Высоту бетонной кладки, возводимой подводным способом, доводят на 15-20 см выше проектной отметки тампонажной подушки. Избыток объёма кладки, состоящий из шлама, удаляют до проектной отметки после откачки воды. Откачку воды начинают после того как бетон тампонажного слоя наберёт прочность 5 МПа

93.79.221.197 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Тампонажный цемент в строительстве: что это такое, где применяют, состав, технические характеристики

Тампонажный цемент представляет собой один из видов структурных материалов. Это разновидность портландцемента. Материал предназначен для строительства и возведения различных скважин, например, для добычи природных жидких источников топлива от давления подземных вод.

Состав и особенности

Тампонажный цемент представляет собой вяжущий состав, который почти не имеет отличий от портландцемента. Однако присутствуют повышенные требования к содержанию клинкера. В тампонаже доля клинкера может достигать 100%. Обязательная примесь — до 3,5% молотого гипса.

Чтобы улучшить свойства материала, можно дополнять его различными минеральными элементами, которые в сумме будут составлять не более 12% от общей массы. Должно быть не больше 10% известняка, шлаков — до 20%.

Условия, нормы веществ и предназначение для тампонажного цемента записаны в ГОСТ 1581. Тип веществ определяется процентной долей огнеупорных примесей и остальных компонентов. Рецепт готового цемента может варьироваться в зависимости от производителя.

Особенности тампонажного цемента:

  • мельчайший помол;
  • ускоренный процесс затвердевания;
  • повышенная механическая прочность и жесткость;
  • при разбавлении водой консистенция отличается от таковой у других видов цемента.

К показателю текучести есть повышенные требования в строительных нормах и правилах. Скорость перемещения раствора цемента должна достигать 1,5 м/с при небольших размерах технологических отверстий. Из-за чрезвычайно высокого давления в местах использования такого состава песок, арматура, опалубка, щебень не добавляются. Поэтому вяжущее является единственным компонентом.

Особенности применения такого состава обусловливают высокие требования к нему как к строительному материалу. Он должен понижать оказываемое давление на трубопровод или другую часть, которая подвергается изоляции. Кроме того, тампонажный раствор должен обладать большей скоростью застывания, которая достигается за счет ввода различных добавок во время изготовления.

Основные технические характеристики

  1. Механическая прочность спустя 8 часов достигает 2,1-10,3 МПа в зависимости от температуры. Максимальный показатель наблюдается при 60 °С.
  2. Жесткость на изгиб варьируется в диапазоне 0,7-3,5 и зависит от производителя и марки.
  3. Остаточная масса на сите с сетью №0,08 — не более 15%.
  4. Удельная поверхность — не больше 270 м²/кг.
  5. Показатель отделения влаге не должен превышать 10.
  6. Растекаемость под действием влаги варьируется в зависимости от вида. Непластифицированный тампонажный цемент может растекаться со скоростью до 200 мм. Пластифицированный — до 220.
  7. Состав застывает до консистенции 30 за 90 минут и больше.
Читать еще:  Марка газобетона для несущих стен

Все характеристики должны быть приведены в пометке изготовителя вместе с информацией о дате производства. Портландцемент теряет свойства через полгода или под действием воздуха.

Скорость затвердевания будет зависеть от температурных показателей в скважине и процента щелочных веществ в составе. Если температура превышает 60 °С, время застывания может меняться.

Классификация тампонажных цементных смесей

Согласно показателям плотности условно выделяют 2 типа:

  1. Облегченный тип — нормальная смесь.
  2. Утяжеленный, содержащий примеси, увеличивающие массу.

В зависимости от температурного режима есть такие типы:

Виды составов по степени устойчивости веществ к химикатам, которые содержатся в грунтовых водах:

  • без повышенной устойчивости;
  • устойчивые к сульфатам, включающие специальные добавки.

Для некоторых типов выделяют 2 уровня устойчивости к сульфатам: умеренный и повышенный.

По состоянию цементного теста материал разделяют на:

Маркировка и ее расшифровка

Каждый вид тампонажного цемента обладает собственным номенклатурным наименованием, которое соответствует свойствам.

Маркировка тампонажа состоит из 5 обозначений:

  1. ПЦТ — тампонажный портландцемент.
  2. Тип вяжущего и пометка об облегченном или утяжеленном составе.
  3. Третье числовое значение соответствует уровню прочности изделия. Этот показатель определяется изготовителем.
  4. Следующее число определяет уровень температур и состояние цементного теста. Например, 150-ПЛ — для работы с повышенными температурами. Пластифицированное тесто.
  5. Последняя пометка — нормативный акт, которому соответствует произведенный продукт.

Добавки для улучшения тампонажных растворов

Чтобы улучшить эксплуатационные качества раствора, можно использовать дополнительные добавки:

  1. Хлорид кальция и карбонат натрия ускоряют время схватывания цемента. При добавлении в жидкость получается смесь быстрого схватывания, может применяться при температурных показателях до 65 °С. Для расширительных свойств добавляют до 30% гипсоглиноземистого цемента.
  2. Если добавить гипс, существенно сокращается срок затвердевания, в результате камень с повышенной прочностью формируется спустя 3-4 часа после закачки раствора. Чтобы не допустить застывания в самих бурах, добавляются ингибиторы процесса.
  3. Бентонит повышает начальную подвижность раствора, что особенно важно при его закачке.
  4. Составы с включением глины дополнительно улучшают вязкость материала во время его продавливания, что позволяет обеспечить последующее затвердение раствора с повышением пластической прочности.
  5. Цементно-смолистый состав с добавлением пластических веществ, в основном эпоксидных алифатических смол, применяется, если рядом со скважиной расположены водоносные пласты.
  6. Если требуется закачать раствор на глубину более 100 м, добавляют дизтопливо. Цемент полностью инертен к органическим углеводородам, а раствор становится намного более вязким. Прочность приобретается после того, как углеводороды заменятся водой.

Технология и область применения

Этот вид цемента не участвует в строительстве жилых зданий из-за слишком быстрого застывания. В основном используются такие бетонные блоки в нефтегазовых скважинах. Раствор можно применять для заливки свай в сложных условиях.

Он заливается полностью за счет воды при помощи специальных помп, жидкость добавляется к составу в соотношении 2:1. Затем, когда цемент станет подвижным тестом (это состояние, которое получило название «пульпа»), можно закачивать его в отверстие. После полного затвердевания материал становится монолитным и надежно защищает от грунтовых вод.

Цемент тампонажный

Тампонажный цемент — это разновидность портландце­мента с повышенными требованиями к минералогическому составу клинкера.

Используется при разведочном и эксплуатационном бурении неф­тяных и газовых скважин, и при капитальном ремонте скважин (КРС) для цементи­рования нефтяных скважин, целью которого является изолиро­вание продуктивных нефтеносных слоев от водоносных, а также отделение нефтеносных слоев друг от друга при многопластовых залежах нефти.

Цементирование (там­понирование) — важная операция техпроцесса бурения; качество цементирования часто определяет эффективность эксплуатации скважины, а при разведочном бурении — возможность правильной оцен­ки запасов продуктивных нефтеносных слоев в исследуемом месторождении.

Замес и заливку раствора производя механическим способом, подача в скважину осуществляется насосной установкой.

Операция цементирования скважины:

— опускание в скважину ко­лонны обсадных стальных труб разного диаметра;

— заполнение образовавшегося кольцевого пространство между стенками скважины и наружным диаметром труб быстротвердеющим цементным раствором.

Методы цементирования скважин:

— цементирование через заливочные трубы при ремонтных работах,

— мно­гоступенчатая заливка и тд.

Многообразие методов связано с особенностями место­рождений, характером расположения про­дуктивных и водоносных слоев, структуры коллекторов и др.

Прямое цементирование — наиболее распространенный метод:

— колонну стальных труб опускают на рассчи­танную глубину и подвешивают;

— через колонну подается глинистый раствор для промывки сква­жин перед цементированием;

— спуск колонны после промывки на нижнюю пробку с цент­ральным отверстием, закрытие стеклянной пластиной. Пробка плотно прилегает к стенкам труб;

— на опу­щенную пробку в колонну быстро накачивается с по­мощью цементировочных агрегатов цементный раствор в заранее рассчитанном объеме, после чего туда опуска­ют верхнюю глухую пробку;

— на верхнюю проб­ку накачивается под большим давлением глинистый раствор, в результате чего цементный раствор, заклю­ченный между нижней и верхней пробкой, движется вниз;

— когда нижняя пробка достигает заранее установ­ленного на обсадных трубах упорного кольца, повышается давление, и стекло нижней пробки раз­давливается;

— цементный раствор через образовавшее­ся отверстие проходит в забой и в затрубное кольцевое пространство, выдавливая находивший­ся в скважине после бурения глинистый раствор;

— когда верхняя пробка садится на нижнюю, что заметно по резкому повышению давления па манометре (устье скважины), движение глинистого раствора приостанав­ливается.

— после проверки высоты подъема цементного раст­вора в затрубном пространстве скважину оставляют в покое примерно на 18 час ( реже 48 час) до полного затверде­вания цемента. Зазор между стенкой скважины и на­ружным диаметром обсадных труб, заполненный це­ментным раствором, составляет примерно 15-50 мм;

— по истечении установленного срока твердения це­ментного раствора обсадную колонну испытывают на герметичность путем «опрессовки», при этом допускает­ся снижение давления на 0,5 МПа за 30 мин;

— после окончания этих операций и приобретения цементом не­обходимой прочности вскрывают продуктивный нефте­носный слой путем дальнейшего пробуривания цемент­ного камня на забое, либо пробивают отверстия, по ко­торым в скважину поступает нефть. Это осуществляет­ся с помощью пороховых либо торпедных перфораторов через стенки труб и прилегающий к ним цементный ка­мень. В результате перфорации в цементном камне об­разуются отверстия, по которым в колонну поступает нефть после понижения уровня жидкости в скважине при давлении ниже пластового давления нефти.

Особенности процесса цементирования:

— глинистый раствор отрицательно влияет на твердение цемента при их смешивании, ког­да цементный раствор проходит в затрубное простран­ство.

— перфорация цементного камня в скважине также влияет на его прочность, снижая ее в зависимости от многих факторов, в тч от вида перфорации пулевой или торпедной.

— скорость подъема цементного раствора в затрубном пространстве при це­ментировании должна составлять не менее 1,5 м/сек, что способствует лучшей очистке сте­нок скважины от глинистой корки и образованию более стойкого цементного кольца.

— нужно точно контролировать объемы цементного раствора и продавочной жидкости, закачиваемых в колонну, и изменение давления раствора. Экзотермия цемента способствует повышению этого давле­ния.

Условия службы тампонажного цемента в скважинах:

— осмотр и точное обследование состояния скважины невозможны, что затрудняет изуче­ние цемента в условиях службы;

— по мере углубления нефтяной скважины в ней повышаются температура и давление, что влияет на процесс цементи­рования и качество получаемого цементного камня. Повышение температуры с глубиной бурения неодинаково в разных нефтяных месторожде­ниях. При измерении тем­пературы в ряде скважин, значение геотер­мического градиента составило 16,5-18,3 м/град. Диапазон колебаний объясняется различной силой притока верхних и нижних вод, причем температура нефтяных пластов всегда ниже темпе­ратуры водоносных. В США на некоторых скважинах при глубине примерно 7 тыс м температура на забое до­ходила до 473 К при давлении 12,5 МПа.

Читать еще:  Какая гидроизоляция лучше для фундамента

— в скважине создается высокое давление в результа­те напора воды, газов, нефти, которое при повышенной температуре влияет на сроки схватывания цементного раствора и формирование цементного камня. Условия для твердения цемента в скважине сложные. Коллекторы имеют различную пори­стость, трещинноватость и кавернозность. Избы­точное давление, испытываемое пластом в результате гидростатического давления, создаваемого столбом промывочной жидкости, увеличивает естественные тре­щины в породе и может привести к уходу глинистого, а затем и цементного раствора при цементировании им скважины. При гидравли­ческом разрыве пласта (ГРП), переток пластовых вод с верхних па нижние водоносные горизонты — обычное явление. Бывают случаи обезвоживания цементного раствора из-за отсоса воды пористыми пластами породы.

Пластовые воды на многих месторождениях имеют высокую концентрацию солей.

Хлоркальциевые, хлормагниевые, сульфатно-натриевые, сульфатно-сульфидные воды оказывают коррозионное воздействие на цементный камень, осо­бенно при повышенных температурах и давлении, когда возможна существенная водопроницаемость це­ментного кольца.

Еще более влияет на условия службы в газовых скважинах происходящая после окончания цементиро­вания диффузия газа из пласта в скважину, часто вызывающая выбросы и фонтаны.

1 е опыты крепления обсадных труб для изоля­ции нефтяного пласта от водоносного путем цементиро­вания портландцементным раствором были выполнены в 1907-1908 гг и дали положительные результаты в сравнительно неглубоких скважинах.

Портландцемент того времени характеризовался сравнительно медленным схватыванием, низкой прочностью и грубым помолом, поэтому приходилось долго «выжидать», пока цемент­ный камень приобретет необходимую прочность.

Для ускорения процесса тверде­ния цемента использовался более тонкий помол цемента.

Важнейшие требованияе к качеству тампонажного цемента:

-цементный раствор (шлам) должен обладать достаточной текучестью, обеспечивающей возможность быстрого его закачивания в колонну труб, а затем продавливания в затрубное пространство:

— раствор должен оставаться подвижным определенное время, пока идет цементирование. Это достигается при ВЩ — 0,4-0,5. В зависимости от температуры скважины дифференци­руются сроки схватывания цемента.

— тампонажный цемент должен характеризоваться необходимой прочностью в первые 2 суток тверде­ния. Прочность затвердевшего цементного раствора в краткие сроки твердения должна обеспечить закрепле­ние колонны в стволе скважины, необходимую ее устой­чивость при разбуривании и перфорации, эффективную изоляцию от проницаемых пород. Прочность должна составлять не ме­нее 2,3 МПа и приближаться к 3,5 МПа при коэффи­циенте запаса прочности в 2-5.

— вязкость цементного раствора, характеризующая его текучесть. Цемент дол­жен обеспечить получение раствора хорошей текучести и оставаться подвижным в течение времени, необходи­мого для его закачки и вытеснения в затрубное прост­ранство при температуре и давлении, соответствующих дайной глубине. После закачки в скважину цементный раствор должен в кратчайший срок приобретать соот­ветствующую прочность и сохранять ее .

— цементный камень должен быть стоек по отношению к агрессивным пластовым водам на глубоких горизон­тах и водонепроницаемым, чтобы защитить продуктив­ные нефтяные пласты от пластовых вод и обсадную ко­лонну от проникновения корродирующих жидкостей, со­держащих большое количество различных солей, а за­частую и сероводород. В начальный период твердения цементный камень должен быть достаточно пластич­ным, чтобы при перфорации скважин в нем не образо­вались трещины, и вместе с тем достаточно долговеч­ным в условиях, когда ему приходится противостоять воздействию не только агрессивных пластовых вод, но и высокой температуры и давления. Необходимо учиты­вать и водоотдачу, которая вполне возможна при нали­чии проницаемых пластов, отсасывающих часть воды из цементного раствора. Это заметно снижает водоцементиое отношение, что влияет на вязкость и сроки схватывания цемента. Кроме того, серьезное значение имеет газопроницаемость цементного камня, особенно в газовых скважинах.

Цемент 1 й разновидности не может удовлетво­рять всем требованиям, связанным с различными усло­виями его работы в скважинах, поэтому цементная промышленность выпускает 2 основных ис­ходных вида тампонажного цемента:

— цемент, пред­назначенный для цементирования «холодных» скважин до 40 о С(295К);

— цемент, пред­назначенный для цементирования «горячих» скважин свыше 40 о С(348 К).

Требования к цементам для «холодных» и «горячих» скважин высоки. Стандарт регламентирует же­сткие пределы для сроков схватывания: начало не ра­нее 2 ч для применения цементов в «холодных» скважи­нах и не ранее 1 ч 45 мин для «горячих» скважин.

Ко­нец схватывания после затворения должен наступать в цементе для «холодных» скважин не позднее 10 час и в цементе для «горячих» скважин — не позднее 5 час.

Это время необходимо для того, чтобы успеть закачать це­ментный раствор в скважину и продавить его на нуж­ную высоту в затрубное пространство.

Предел прочно­сти при изгибе призм 4X4X16 см из цементного теста с В/Ц=0,5 должен составлять через 2 суток — при холодных скважинах-2,7 МПа, при горячих через 1 сутки — 3,5 МПа. Цементное тесто должно обладать такой растекаемостью, при которой расплыв образца в виде конуса из этого теста был бы не менее 180 мм.

К тампонажным цементам предъявляются такие же требования в отношении допустимого содержания SO3 и MgO, а также по тонкости помола и равномерности изменения объема, что и к портландцементу.

К клинке­ру цемента для «холодных» скважин при измельчении можно добавлять: гранулированный доменный шлак (не более 20%), активные минеральные добавки (не более 12% массы цемента) или инертные добавки (не более 10%)-кварцевый песок или кристаллический известняк, в тч должен содержать повышенное количество трехкальциевого алюмината 10 — 13%, алита — до 50% для обеспечения нужной скорости схватывания раствора и повышенного уровня прочности его на ранних сроках твердения, а также повышенное содержание трехкальциевого силиката 57 — 60% в сочетании с пониженным содержанием СзА 4 — 7%, дози­ровка гипса повышенная 3-3,5% so3, что обеспечивает требуемую скорость схватывания, высокую активность цемента на ранних сроках твердения.

Тампонажный цемент для «холодных» скважин изготавливают главным образом путем тонкого помола (до удельной поверхности 3000-3500 cм 2 / 1 г клинкера).

Качественный тампонажный цемент должен быть так тонко помелен, чтобы во время просеивания его через сито № 008 не меньше 25% веса пробы проходило.

В целях замедления схватывания тампонажный це­мент для «горячих» скважин должен быть преимущест­венно низкоалюминатным. Он предназначается для службы при температуре примерно 348 К — Выпускают­ся тампонажные цементы, которые содержат 3-4% С3А н пригодны как для «холодных», так для «горячих» скважин. Однако эти стандартизованные цементы не всегда позволяют обеспечить качественное цементиро­вание нефтяных и газовых Скважин, пробуриваемых зачастую в разнообразных сложных условиях. Так, на­пример, часто в глубоких и сверхглубоких скважинах температура на забое бывает выше 348 К, доходит и до 473 К при давлении до 70 МПа.

В скважинах многих нефтяных районов пластовые воды оказывают на цемент сильное корродирующее действие, цементный раствор поглощается трещинова­тыми или дренированными пластами. Для цементирова­ния скважины в таких условиях необходимы цементные растворы с плотностью, превышающей плотность про­мывочного глинистого раствора.

В других случаях тре­буются, наоборот, цементные растворы с пониженной плотностью для того, чтобы поднять цементный раствор па большую высоту. Специфические условия создаются в газовых скважинах, в которых наблюдается прорыв газа через цементное кольцо и резьбовое соединение об­садной трубы п др.

Для службы в таких специфических условиях разработаны специальные виды тампонажных цементов, эффективность которых подтверждена на практике (ГОСТ 1581-96), но производство ограничено.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector