Устройство тампонажного слоя бетона

Особенности тампонажного цемента

Раствор для тампонажных работ приготавливают из цемента со специфическими свойствами. Материал:

  • имеет тонкий помол;
  • затвердевает в короткие сроки, при этом смесь цемента с водой долго сохраняет текучесть, что позволяет ее свободно закачивать;
  • схватывается и затвердевает, несмотря на контакт с водой;
  • совместим с разнообразными добавками.

Монолитная конструкция, выполненная из тампонажного раствора, на протяжении многих лет сохраняет целостность и не теряет прочности благодаря устойчивости к влиянию окружающих сред, в том числе агрессивных.

Видео

Cостав

Основой для производства тампонажного цемента служит измельченный клинкер (от 80%) и гипс (2-3,5%). К ним добавляются различные минеральные вещества для приготовления рабочих смесей с заданными свойствами. Применяется несколько видов тампонажных растворов:

  • Гигроскопический. Добавкой служит триэтаноломин.
  • Песчанистый. К основному составу добавляют гипс, кварцевый песок.
  • Утяжеленный. В число утяжеляющих добавок входят железнорудные минералы (магнетит, гематит, шпальт).
  • Солестойкий. Тонкоизмельченный кварцевый песок, добавленный в раствор, позволяет создать материал, защищающий трубы от коррозии под воздействием грунтовых вод с высоким содержанием соли.

К специальным тампонажным портландцементам относят сульфатостойкую смесь, устойчивую к агрессивным средам.

В сложных геологических условиях, в том числе если в разрезе имеются пласты поглощающие или склонные к гидроразрыву, цементирование глубоких скважин осуществляется с использованием облегченных растворов. Облегченный тампонажный цемент изготавливается путем введения добавок, снижающих плотность состава – золы, трепела, диатомита, алюмосиликатных микросфер и т.д.

Еще ниже плотность легких тампонажных цементов, предназначенных для работ на большой глубине и для ремонта разрушенных участков оболочки. Такие материалы проще закачивать, они обладают высокой адгезией и хорошо сцепляются со старой цементной оболочкой трубы, способны заполнять пустоты и трещины. Добавками служит каолин, полые алюмосиликатные микросферы и т.д.

Отличие тампонажного и расширяющегося цемента. При цементировании скважин в пористых и рыхлых горных породах требуется создать оболочку из цементного камня, не склонного к усадке.

Расширяющийся цемент содержит добавки, благодаря которым в цементном растворе происходят химические реакции с образованием кристаллических продуктов. Таким образом, раствор в процессе застывания увеличивается в объеме, при этом получившийся камень имеет плотную структуру. Обычные тампонажные цементы не расширяются при твердении.

Технические характеристики

Тампонажный цемент характеризуется следующими техническими параметрами:

  • Быстрым периодом загустения цементного раствора – не более 90 ед. консистенции;
  • Расслоением затвердевшей массы либо водоотделением: для холодной — в пределах 3,5%, для горячей — около 4%;
  • Малым объемом растекаемости раствора – максимум 0,4 см;
  • Началом затвердевания – не более 120 минут (после затворения);
  • Окончанием затвердевания – для холодного материала – не более 18 часов и для горячего — не более 8 часов (после затворения).

Помимо этого, нормируется также тонкость измельчения клинкера и лимит прочности на изломе макета из затвердевшей смеси.

Назначение буровых смесей

Циркуляция воды в скважине способствует прочистке

Циркуляция воды в скважине способствует прочистке отверстия, чем помогает бурительному и заделочному процессам. При условии, что используется активный состав с дополнительными эксплуатационными свойствами, можно рассчитывать на целый ряд других эффектов, среди которых следующие:

  • Образование фильтрационной корки на стенах открытого ствола. В результате укрепляются неустойчивые отложения, глинистые породы и сыпучие пласты.
  • Создается противодействие поровому давлению.
  • На забойную силовую установку и долото транслируется дополнительная гидравлическая энергия.
  • Буровые и тампонажные растворы транспортируют разработанную породу и после завершения циркуляции удерживают эту массу во взвешенном состоянии.
  • Предотвращаются риски возникновения осложнений, дифференциальных прихватов, нефтегазопроявления и поглощения скважины.
  • Предупреждаются обвалы и осыпи.
  • Оказывается смазывающее воздействие на буровое оборудование.
  • Обеспечиваются охлаждение и смазка инструмента.

Условные обозначения

 Цемент тампонажный – ПЦТ. Сульфатостойкость &#821

  1. Цемент тампонажный – ПЦТ.
  2. Сульфатостойкость — СС.
  3. Средняя плотность.
  4. Максимально допустимая температура при выполнении работ.
  5. Пластификация или гидрофобизация. Обозначаются как Пл, Гф.
  6. Стандартный показатель.

Пример: ПЦТ-I-СС-100. Обозначение несет такую информацию: материал является тампонажным портландцементом, не содержащим добавок, является сульфатостойким. Предназначен для использования при температуре от 51 до 100 градусов.

ПЦТ-III-УТ1-100. Это тампонажный вид портландцемента, облегченный тип с плотностными показателями 2,1 г/см 3 . Можно работать с материалом при умеренной температуре.

ПЦТ-III-Об5-50 — цемент тампонажный. Является облегченным типом. Обладает плотностными показателями 1,5 г/см 3. Допускается к работе при нормальных температурах.

Сферы применения

Применение тампонажного цемента обусловлено его главным качеством: материал имеет высокие показатели прочности с самого начала затвердевания. Данный вид цемента в первую очередь предназначен для тампонирования нефтегазовых скважин. В процессе цементирования одновременно вытесняется буровая смесь.

Тампонажный цемент для скважин закачивается с помощью насосного оборудования – чтобы обеспечить текучесть раствора объем воды должен превышать объем сухих компонентов в два раза. Получившаяся масса (пульпа) характеризуется высокой подвижностью, после затвердевания она образует плотный монолит, не склонный к усадке, между обсадной трубой и стенками скважины. При этом материал плотно сцеплен как с трубой, так и со стенками пробуренного в горных породах ствола.

Цементная оболочка служит защитой обсадной трубы от сдвижек пластов, от контакта с грунтовыми водами, агрессивными газообразными средами. Тампонажный цемент применяется для укрепления дна скважины и сокращения ее глубины, для устранения повреждений самой обсадной колонны.

В строительстве данный вид цемента практически не используется. Исключением служит применение тампонажного цемента для фундамента из буровых свай, которые устанавливаются на сложных грунтах.

Для чего укладывается тампонажный слой бетона?

Для поддержания положительных температур и создания благоприятного термонапряженного состояния бетона, а также для надежной изоляции между бетоном и водой в уровне днища рекомендациями допускалось в зимнее время в случае необходимости укладывать подводным способом в опалубку тампонажный слой бетона толщиной 0,5 м ниже проектной отметки подошвы оголовка пирса. В тампонажный слой предварительно перед бетонированием укладывались паровые трубы. Кстати, монтаж металлоконструкций производят еще до укладки тампонажного слоя бетона.

Перед бетонированием тампонажного слоя для предотвращения его замерзания, а также для обогрева металлического шпунта вода в опалубке в месте укладки бетонной смеси прогревалась до температуры 15—20° С. Тампонажный слой бетона укладывался с температурой 12° С на днище опалубки под воду.

Прогрев тампонажного слоя осуществлялся паровыми трубами непрерывно в течение 1 —1,5 суток. После отвердевания тампонажного слоя бетона предполагались откачка воды из опалубки, последующая установка арматуры, отогрев горячим воздухом опалубки и ранее уложенного тампонажного слоя бетона и бетонирование «насухо».

Несмотря на выполнение всех мероприятий, предусмотренных рекомендациями, обеспечить полную непроницаемость опалубки не удалось, поэтому бетон укладывыетсяя частично в воду. Укладка бетона осуществлялась методом «с островка». Бетон подавался в одно место, при вибрировании он погружался на дно опалубки, поднимая верхние слои. При этом с водой соприкасался ограниченный объем бетона.

Блоки оголовка бетонировались непрерывно. Высота бетонируемых блоков находилась в пределах 1,5—2 м. При укладке бетона велся контроль за температурой, Объемом вовлекаемого воздуха и подвижностью транспортируемой бетонной смеси; осуществлялся отбор контрольных образцов из каждой партии бетона. Учитывая, что условия подогрева заполнителей и воды на бетонном узле не позволяли получить товарную смесь с температурой 30—35° С, а только с температурой 20°С (бетонная смесь после укладки имела температуру 12°С), было принято решение о дополнительном обогреве бетона паром в верхней части оголовка. С этой целью над оголовком устраивался временный деревянный короб, внутри которого прокладывались две паровые трубы на длину бетонируемого участка. Сверху короб изолировался толем.

Как показал анализ температурных полей в теле оголовка и причального выступа, полученных на гидроинтеграторе В. С. Лукьянова, с учетом подачи пара в верхнюю область оголовка, наблюдалось бурное тепловыделение в центре оголовка и в выступе.

В результате этого температура бетона поднялась во всех точках оголовка до 40—50° С, что позволило бетону набрать прочность 70% в течение трехсуточного срока твердения. Однако при этом в поверхностных слоях бетона сложилось неблагоприятное термонапряженное состояние. После остывания бетона до 0° С высверливались керны из бетона, находящегося в зоне переменного уровня воды, для последующего испытания бетона на морозостойкость.

Классификация и маркировка

Строительный материал можно классифицировать в зависимости от следующих критериев:

  1. Состав цементного вещества:
  • I — без добавок;
  • I-G — без добавок, с нормой требования соотношения воды и цементной смеси — 0,44;
  • I-H — без добавок, с нормой требования соотношения воды и цементной смеси — 0,38;
  • II — с минеральными добавками;
  • III — с добавлением специальных веществ, которые регулируют плотность цемента.
  1. В свою очередь, портландцемент тампонажный III-го типа делится по плотности:
  • Ут — утяжеленного типа;
  • Об — облегченного типа.
  1. Температура использования цементного теста:
  • в пределах 15°С — 50°С — низкие и нормальные температуры;
  • от 51°С до 100°С — умеренные;
  • от 101°С до 150°С — повышенные.
  1. Степень противостояния разрушающим действиям сульфат-ионов:
  • типы I, II, III — СС — сульфатоустойчивые и обычные (так как нормы по поводу сульфатоустойчивости не фиксируются);
  • типы I-G и I-H — СС-1 — с высокой степенью противостояния сульфатам и СС-2 — с умеренной степенью сульфатопротивостояния.

Маркировка материала включает:

  • Буквенное обозначение: ПЦТ — портландцемент тампонажный;
  • Тип — I (I-G, I-H), II, III;
  • Сульфатостойкость — СС, СС-1, СС-2;
  • Среднюю плотность для III-го — Об, Ут;
  • Максимальную температуру использования вещества — 50, 100, 150 °С;
  • Пластификацию, либо гидрофобизацию цемента — ПЛ либо ГФ;
  • Обозначение госстандарта.

Пример маркировки и ее расшифровка

Марка ПЦТ II-СС-50 ГОСТ 1581-96 означает, что эта смесь называется тампонажным портландцементом, в состав которого входят минеральные добавки. Это вещество с сульфатоустойчивыми параметрами, используется при температурах в диапазоне от низкой до нормальной.

Область и технология применения

Отличительной особенностью тампонажного цемента является высокая степень крепости с самого начала затвердения. Это качество и обусловило главную сферу применения данного материала — цементирование (либо тампонирование) нефтегазовых скважин при одновременном вытеснении буровой смеси. В жилищном строительстве этот вид цемента не применяется. Исключение составляет установка буровых свай в сложных условиях.

Тампонажный цемент закачивается насосами, поэтому раствор используют в достаточно жидком виде: к сухой цементной смеси добавляется вода в пропорции 2:1. После затворения большими объемами жидкости цемент преобразуется в подвижную массу, именуемою пульпой, ее и закачивают в скважину. По окончании этапа транспортировки масса затвердевает и становится безусадочным плотным монолитом, который хорошо скреплен со стенками ствола скважины и обсадной трубой.

Полученный слой надежно защищает от грунтовых вод, либо сдвижек пластов разной плотности. Учитывая свойства грунта, заполнение бывает либо полным, либо частичным. Кроме обеспечения защиты, тампонажный цемент может сократить глубину и укрепить дно скважины, а также ликвидировать повреждения на обсадных колоннах.

Маркировка тампонажного цемента

Тампонажный цемент производится в соответствии с ГОСТ 1581-96. Материал имеет маркировку ПТЦ (портландцемент). В зависимости от характеристик и свойств, тампонажный цемент бывает:

  • Бездобавочным (I, I-G, I-H), с добавлением минеральных веществ (II), с примесями, регулирующими плотность состава (III).
  • Утяжеленным (Ут), облегченным (Об);
  • Для применения при низких и нормальных (15-50°С), умеренных (51-100°С) и повышенных (101-150°С) температурах;
  • Обычным и сульфатостойким (СС).

В стандартной маркировке указывается тип цемента, его сульфатостойкость, средняя плотность, максимально допустимая температура применения, степень пластификации (ПЛ) или гидрофикации (ГФ), номер ГОСТа.

Рабочие характеристики зависят от марки тампонажного цемента и особенностей его изготовления. В таблице ниже приведены пределы, в которых могут варьироваться показатели материала.

Наименование показателя, ед.измеренияВозможный диапазон, численное значение
Прочность на сжатие через 8 ч, МпаПри твердении при температуре 38°С – 2,1 60 °С – 10,3
Прочность на изгиб, МПаОт 0,7 до 3,5 в зависимости от марки ПЦ
Тонкость помола: Остаток на сите с сеткой №008, %, не более

Удельная поверхность, м2/кг

10-15

230-270

Водоотделение, мл, не более7,5-10
Растекаемость теста, мм, не менееДля непластифицированного – 200 ПЛ – 220
Время загустевания до консистенции 30, мин,От 90

Данные характеристики тампонажного цемента приводятся в сертификате на продукцию вместе с информацией о дате изготовления и объеме партии материала.

Ликвидация скважин разного назначения

Правила ликвидационного тампонажа скважин различного назначения предполагают использование разных методик. Например, если скважина оказалась сухой, то ее можно залить глинистым раствором или забросать глиной на всю глубину. Инженерно-геологические, гидрогеологические, картировочные и геолого-поисковые скважины, которые уже выполнили свое назначение, а также не дали положительных результатов, могут быть ликвидированы методом извлечения обсадных труб.

Если после завершения работ осуществить такие манипуляции нет возможности, то ствол скважины следует засыпать чистым песком, а вышележащую часть забросать глиной, залить глинистым или цементным раствором. Ликвидационный тампонаж скважин различного назначения в этом случае предполагает соблюдение требований органов санитарно-эпидемиологической службы.

Согласно им, тампонированию подлежат скважины и выработки, которые существуют довольно длительно. Они могут бездействовать, оказаться заилены или засорены. В этом случае промывка может осуществляться глинистым раствором или водой с помощью бурильного инструмента. Затем скважина заливается хлорированной водой, объем которой должен быть равен тройному объему ствола скважины.

Если водозабор находится в пределах водоносного слоя, то его следует засыпать чистым песком, объем которого должен быть равен объему ствола скважины в пределах водоносного слоя. Верхняя часть заливается глинистым раствором, забрасывается глиной и трамбуется, в качестве альтернативного решения может использоваться цементный раствор.

Теги