Лекция № 27. Тампонирующие смеси для борьбы с поглощениями при бурении.

Успех работ по борьбе с поглощениями в значительной мере определяется качеством применяемых тампонажных смесей.

Тампонажная смесь должна обладать рядом особенностей. Она должна оставаться текучей в процессе транспортирования ее к месту поглощения и быстро схватываться, превращаясь в камень, за короткое время. Камень не должен разрушаться под действием пластовых вод, температуры и давления. Выбирать компоненты тампонажной смеси и устанавливать ее свойства следует с обязательным учетом конкретных условий скважины.

Многие свойства тампонажных смесей, применяемых для борьбы с поглощениями, близки к свойствам ТР, применяемых для цементирования обсадных колонн. Оценка пригодности тех и других материалов для применения их во многих случаях одинакова.

Физико-механические свойства камня из тампонажных смесей не регламентированы, но на основании данных практики и лабораторных исследований можно считать, что тампонажные смеси, затвердевающие в камень с механической прочностью на сжатие 3 – 4 МПа и проницаемостью (1 – 2) 10^-3 мкм, могут считаться вполне пригодными для проведения изоляционных работ.

Очень важным свойством тампонажных смесей для борьбы с поглощениями является рост вязкости после доставки их к месту поглощения. При этом должна быть сохранена подвижность смесей в процессе продавливания их в затрубное пространство скважины.

Для приготовления тампонажных смесей применяют различные вяжущие основы. Наиболее распространены неорганические вяжущие портландцемент (тампонажный, строительный), ГЗЦ, ГГЗЦ и др.

Применяют и волокнистый цемент, особенно при закупоривании относительно больших пор и трещин. Его приготовляют обычно на базе ПЦ. В качествен волокнистого наполнителя применяют материалы минерального и органического (естественного и искусственного) происхождения (асбестовые и кожаные волокна, измельченная пластмасса, ореховая и хлопковая скорлупа и др.). Обычно волокна материалов имеет длину до 8-10 см. При добавке в ПЦ порошкообразной резины получают так называемые пластические цементы.

Для борьбы с поглощениями применяют соляробентонитовые смеси. Они быстро повышают прочность структуры, что способствует эффективной герметизации поглощающего пласта. Однако соляробентонитовым смесям присущи недостатки – они реагируют на введение в их состав воды и имеют низкую механическую прочность.

Для ликвидации поглощений очень часто применяют быстросхватывающие смеси – БСС. Рассмотрим их.

Быстросхватывающиеся смеси.

БСС очень часто применяют при ликвидации поглощений в условиях, где температуры не превышают 50 – 70° С. в этих условиях тампонажные и строительные растворы имеют затяжные сроки схватывания, что не обеспечивает тампонирующего эффекта вследствие удаления раствора от ствола скважины. БСС, попав в трещины и каверны, меньше разбавляются пластовыми водами или буровым раствором и после доставления их к месту поглощения интенсивно загустевают и затвердевают в камень. Время превращения их в камень значительно меньше, чем обычных цементных растворов; время ожидания затвердевания цементного раствора (ОЗЦ) короче.

Обычно БСС приготовляют на базе тампонажных цементов с введением в воду затворения некоторого количества ускорителей процессов структурообразования (схватывания) растворов. Большинство реагентов или приемов, ускоряющих процессы схватывания ТР, способствуют увеличению механической прочности цементного камня на ранней стадии твердения.

В практике борьбы с поглощениями чаще используют хлорид кальция СаСl₂. При введении в цементные растворы с водой затворения 2 – 3 % СаС1₂ начало схватывания раствора сокращается до 30 – 60 мин; начальная механическая прочность резко увеличивается. Для повышения качества изоляционных работ перед цементным раствором в скважину закачивают раствор хлорида кальция, очищающий стенки трещин и каналов, подлежащих тампонированию.

В качестве ускорителя сроков схватывания тампонажных растворов применяют также до 3 – 5 % поваренной соли NaCl. При несколько более повышенном ее содержании сроки схватывания тампонажного раствора замедляются.

Для подобных целей используют гипс как добавку к тампонажным цементам или самостоятельно, если температуры зоны поглощения не превышают 50 – 60⁰ С. В этих условиях иногда требуется применять и замедлители структурообразования для обеспечения необходимых сроков схватывания смеси. В качестве замедлителей используют те же реагенты, что и для замедления сроков схватывания тампонажных растворов при первоначальном цементировании.

Гипс обычно добавляют к цементу и смесь тщательно перемешивают. Цемент со смесью гипса при затворении водой отличается быстрыми сроками схватывания. Прочность раствора нарастает быстро: через 1 – 2 ч после затворения камень характеризуется пределом прочности на сжатие, равным более 10 МПа. Раствор при затвердевании несколько расширяется. Значительные количества жидкого стекла способствуют резкому увеличению структурообразования цементного раствора, однако при его использовании схема расположения наземного оборудования может быть усложнена. Для этого применяют также кальцинированную соду (в небольшой концентрации), которую следует вводить в тампонажный раствор (при затворении цемента) в количестве, точно соответствующем подобранному лабораторией.

В качестве быстросхватывающихся компонентов в цементы вводят различные смеси. Такие системы отличаются определенными преимуществами, однако во всех случаях все тампонажные растворы должны быть проверены в лаборатории в условиях, близких к существующим в скважине.

В ВолгоградНИПИнефти разработаны облегченные глиноцементные смеси с наполнителями для изоляции зон поглощения в глубоких скважинах. Состав раствора (в %): глинопорошок 50 – 70, тампонажный порошок 20 – 45, инертный наполнитель – керамзит, кварцевый песок с размерами частиц до 5 мм – 5. Плотность этих растворов составляет 1,25 – 1,45 г/см³.

Облегченные бентонитоцементные смеси с инертными наполнителями целесообразно применять при ликвидации полных поглощений бурового раствора в трещиноватых и кавернозных породах в скважинах на глубине более 3000 м при повышенной температуре в стволе (70 – 95 °С).