Тампонажні цементи, що розширюються

Наявність фільтраційної кірки на стінках свердловини і плівки промивальної рідини на обсадних трубах створює передумови для неякісного розмежування пластів, тому що контакт цементного ка­меню на межах із стінкою свердловини та обсадною колоною не герметичний. Щільності контакту можна досягти, якщо надати тампонажному цементу властивості розширення при затвердінні (збільшення об'єму).

Для того, щоб тампонажний камінь при розширенні створював додатковий тиск на обмежуючі стінки, що необхідно для гермети­зації контакту, цементний розчин повинен мати структуру певної міцності і одночасно здатність до пластичної деформації. Звідси зрозуміло, що значне розширення і тиск розширення із збережен­ням монолітності структури можуть відбуватись тільки на певній стадії затвердіння цементного каменю.

Спосіб розширення полягає в тому, що до тампонажного цемен­ту додають речовини (розширюючі добавки), які під час хімічної реакції між собою або з іншими речовинами цементного розчину утворюють кристалічні продукти. Ріст кристалів цих речовин в порах цементного каменю спричинює появу кристалізаційного тис­ку, який розсуває елементи структури цементного каменю. На ран­ній стадії затвердіння цементний камінь має досить значну відкри­ту пористість, завдяки чому гідравлічний тиск не перешкоджає деформації.

Для тампонажних цементів застосовують розширюючі добавки на оксидній основі (CaO, MgO). Вони створюють тиск внаслідок кристалізації важкорозчинних гідроксидів під час гідратації ок­сидів. Кристали Са(ОН)₂, що утворюються у разі добавки СаО, роздрібнюють крупні капілярні пори, внаслідок чого розміри пор стають майже на порядок менші, ніж у необробленого портланд-цементного каменю. Щоб досягти розширення в межах 16-20% від моменту замішування (3-7% від початку затужавіння), необ­хідно на 100 масових частин ПЦТ ввести 10-20 масових частин негашеного молотого ванна. Розширення послаблюється із зрос­танням температури і за 75 °С відсутнє.

Для свердловин з більш високими температурами доцільно за­стосовувати менш активну розширюючу добавку - оксид магнію. Оксид магнію, випалений за температури 1200-1300 °С, вико­ристовують як розширюючу добавку за температури до 120-180 °С, а випалений за температури 1500-1600 °С - за температури понад 180 °С. Розширюючі оксиди містяться в хроматному шламі і мета­лургійних шлаках.

Для нормальних температур в межах 15-50 °С ефекту розширен­ня можна досягти під час змішування портландцементної основи і гіпсоглиноземистої добавки, що забезпечує сульфоалюмінатний принцип розширення. Розширення тампонажного розчину і каменю в даному разі зв'язане з утворенням чотирьохкальцієвого гідромоно-сульфоалюмінату і чотирикальцієвого гідроалюмінату.

Такий цемент має ряд переваг пе­ред цементами з оксидними добавка­ми, а саме:

o простота приготування і зруч­ність у використанні;

o відсутність потреби у додатково­му захисті від вологи;

o висока корозійна стійкість;

o нормальна прокачуваність та ін­ші технологічні властивості за темпе­ратур до 50 °С.

Оптимальним складом такої сумі­ші, як показали дослідження, є суміш, що складається з 70-80% там­понажного ПЦТ для нормальних тем­ператур і 20-30% ГГЦ. Суміш рекомендують використовувати для цементування низько­температурних газових і нафтових свердловин.