Тампонажный цемент: марки, состав и области применения

Тампонажный цемент: марки, состав и области применения

Одна из разновидностей портландцемента — тампонажный цемент. Этот вид портландцемента можно использовать в широчайшем диапазоне при проведении тампонажных работ. Он занимает одно из важнейших мест благодаря хорошему сочетанию технических и строительных свойств.

Что же это за материал и чем он отличается от привычного всем цементного раствора? Об этом – далее.

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.

Особенности и характеристики бурового цемента

Тампонажный цемент производится по технологии тонкого помола клинкера с добавкой гипса (от 2 до 3,5% от массы клинкера) и ряда других минеральных веществ, придающих ему специальные свойства: быстрое твердение по отношению к общестроительным цементам, повышенную прочность, высокую жидкотекучесть и пр.

Так как линейные размеры пространства между стволом и обсадными трубами скважин составляют всего 15-50 миллиметров, при глубине бурения сто и тысячи метров, к тампонажному раствору предъявляются весьма жесткие требования. Жидкотекучесть раствора должна обеспечивать скорость закачки в зазор 1,5 м/с, а после того как закачка прекратится раствор должен набрать расчетную прочность в минимальные сроки.

Также стоит учитывать, что по мере увеличения глубины ствола в нем увеличиваются давление и температура. В связи с этим тампонирование шахты осуществляется жидким цементным тестом (пульпой) без песка, с содержанием воды порядка 50% от веса цемента.

Так как наибольшее влияние на сроки схватывания и твердения бурового цемента оказывает температура внутри ствола скважины, цементная промышленность выпускает два класса тампонажного цемента – цемент для «горячих» и «холодных» скважин.

Кроме того имеются специальные виды бурового цемента для особых условий эксплуатации, присутствующих в особоглубоких шахтах: белитокремнеземистый, песчанистый, солестойкий, гигроскопический, сульфатостойкий, утяжеленный, облегченный, волокнистый и другие специальные виды тампонажного цемента. При этом специальные свойства бурового «вяжущего» регулируются добавкой: шлаков, известняков, песка и других минеральных веществ.

При высокой температуре пульпа полностью отвердевает в промежутке времени от 1 часа 40 минут до 10 часов, в зависимости от конкретных условий. При низкой и нормальной температуре процесс твердения занимает промежуток времени от 2 до 12 часов. Для регулировки времени твердения используются добавки калия хлористого и натрий хлора. Самый длительный период твердения имеет тампонажный солестойкий цемент.

Специальные свойства бурового цемента определяют его высокую стоимость по сравнению с классическим портландцементом. Стандартный пятидесятикилограммовый мешок тампонажного цемента стоит в среднем 300 рублей, а стоимость цемента реализуемого россыпью или в мягких контейнерах (биг-бегах) колеблется от 4 400 рублей до 6 950 рублей в зависимости от вида и компании производителя.

Поэтому применение бурового цемента в гражданском строительстве экономически нецелесообразно, и возможно только в тех случаях, когда бетонная конструкция эксплуатируется в особых условиях.

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:

1. Непластифицированный;
2. Гидрофобизированный.

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.

Маркировка и особенности использования

Упомянутые цементы поставляются потребителям в бумажных мешках, крупные партии перевозятся в специальных железнодорожных или автомобильных емкостях. На упаковку наносится предусмотренная стандартом маркировка, которая также указывается в сопроводительной и технической документации. В ней применяются следующие обозначения:

• ПЦТ аббревиатура цемент марки портланд тампонажный.
• III-Об и ГФ – типы уплотнителей (в первом случае облегченный, во втором – гидрофобный).
• 5 – характеристика механической прочности.
• 100 – предельный температурный режим укладки.

Данный строительный материал применяется в нефте- и газодобыче для тампонирования скважин. Бетонами на его основе заполняется пустоты между грунтом и трубой обсадной для предохранения последней от воздействия влаги. В строительстве используется для закладки опорных конструкций свайных фундаментов буровым способом.

Классификация тампонажных цементных смесей

Все требования, которые предъявляются к такому виду цемента, нормированы по ГОСТу. Существует несколько видов цемента в зависимости от характеристик.

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.

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