Тампонажні матеріали, їх класифікація

Тампонажними називають матеріали, які при змішуванні з водою або водними розчинами солей, утворюють суспензії, здатні в умовах свердловини з часом перетворюватися в практично непроникне тверде тіло.

Для цементування в нафтових, газових та глибоких свердловинах іншого призначення як базові в’яжучі можуть використовуватися різні тампонажні матеріали: портландцемент (ПЦТ), металургійні шлаки, глиноземисті і гіпсоглиноземисті цементи, гіпсові в’яжучі речовини, органічні і органо-мінеральні матеріали на основі полімерів та їх композиції.

Виробництво та випробування тампонажних цементів здійснюється згідно з державними стандартами України: ДСТУ Б В.2.7-86–99. Цементи тампонажні. Методи випробувань; ДСТУ Б В.2.7-87–99. Цементи тампонажні типів І-G та І-Н. Методи випробувань: ДСТУ Б В.2.7-88–99. Портландцементи тампонажні. Технічні умови.

За речовинним складом цементи поділяють на такі типи:

– тип І – тампонажний портландцемент бездобавочний;

– тип І-G – тампонажний портландцемент бездобавочний з нормованими вимогами при водоцементному відношенні, що дорівнює 0,44;

– тип І-Н – тампонажний портландцемент бездобавочний з нормованими вимогами при водоцементному відношенні, що дорівнює 0,38;

– тип ІІ – тампонажний портландцемент з мінеральними добавками;

– тип ІІІ – тампонажний портландцемент із спеціальними добавками, які регулюють густину цементного тіста.

За густиною цементного тіста цементи типу ІІІ поділяють на:

– полегшений (Пол.);

– поважчений (Пов.).

За температурою застосування цементи типів І, ІІ і ІІІ поділяють на цементи, призначені для:

– низьких і нормальних температур (15–50) °С;

– помірних температур (51–100) °С;

– підвищених температур (101–150) °С.

За сульфатостійкістю цементи поділяють на:

а) типи І, ІІ, ІІІ

– звичайний (вимоги за сульфатостійкістю не ставляться);

– сульфатостійкий (СС);

б) типи І-G і І-Н

– високої сульфатостійкості (СС-1);

– помірної сульфатостійкості (СС-2).

Умовне позначення цементу має складатися з літерних позначень, призначення, сульфатостійкості, середньої густини для цементу типу ІІІ, максимальної температури застосування, гідрофобізації або пластифікації (ГФ або ПЛ), назви стандарту.

Приклади умовних позначень.

1 Портландцемент тампонажний з мінеральними добавками, сульфатостійкий, для низьких або нормальних температур:

ПЦТ ІІ-СС-50 ДСТУ Б В.2.7-88–99.

2 Портландцемент бездобавочний з нормальними вимогами при водоцементному відношенні, що дорівнює 0,44 помірної сульфатостійкості:

ПЦТ І-G -СС-2 ДСТУ Б В.2.7-88–99

3 Портландцемент тампонажний із спеціальними добавками, полегшений, густиною 1530 кг/м³, для помірних температур, гідрофобізований:

ПЦТ ІІІ-Пол 5-100-ГФ ДСТУ Б В.2.7-88–99

Цементи потрібно виготовляти відповідно до вимог даного стандарту за технологічним регламентом, затвердженим виготовлювачем.

Речовинний склад цементів всіх типів, виготовлення яких регламентовано стандартом, має відповідати значенням, вказаним в таблиці 11.1.

Таблиця 11.1 - Речовинний склад цементу

Тип цементу	Вміст клінкеру, %	Вміст добавки, %
Мінеральна добавка	Спеціальна добавка, яка полегшує або поважчує
І І-G І-Н		Не допускається
ІІ	80 - 94	6 - 20*	-
ІІІ	30 - 89	-	11 - 70

* Добавок осадового походження не повинно бути більше 10 % маси цементу.

Портландцемент – порошкоподібний матеріал, який складається з штучних (клінкерних) мінералів. Ці мінерали мають високу хімічну активність і здатні взаємодіяти з водою. В результаті реакцій гідратації суспензія портландцементного порошку у воді утворює тверде тіло.

Мінерали, що складають портландцемент, утворюються в результаті високотемпературного випалювання суміші оксидів, які вміщуються у певному співвідношенні. Хімічний склад портландцементу досить стабільний:

- оксид кальцію, CaO (негашене вапно) – (64–68) %;

- оксид кремнію, SiO₂ (кремнезем) – (19–23) %;

- оксид алюмінію, Al₂O₃ (глинозем) – (4–8) %;

- оксид заліза, Fe₂O₃ (гематит) – (3–6) %.

Крім цих чотирьох головних оксидів, до складу портландцементу входять деякі інші оксиди у вигляді домішок: оксиди магнію (MgO), калію (K₂O), натрію (Na₂O), тітану (TiO₂) та ін., які здебільшого погіршують якість портландцементу, тому їхня кількість обмежується.

Загальна схема виробництва портландцементу включає видобуток сировини (або доставку у випадку застосування промислових відходів), приготування сировинної суміші (дроблення, подрібнення, дозування, гомогенізацію), випалювання сировинної суміші, подрібнення випаленого продукту (клінкеру) в тонкий порошок з одночасною домішкою деяких речовин. (Клінкер - це штучний камінь, який утворився в результаті спікання при високій температурі спеціально підібраної суміші деяких природних матеріалів).