
- •Передмова
- •Глава 1. Проблема обводнення свердловин
- •1.1. Характеристика вод. Джерела, причини, шляхи та наслідки обводнювання свердловин
- •1.1.1. Характеристика природних підземних вод
- •1.1.2 Закономірне, передчасне й аварійне обводнювання свердловин і пластів Джерела обводнення свердловин
- •Геологічні фактори
- •Технологічні фактори
- •Наслідки обводнення свердловин
- •1.2. Класифікація причин обводнення свердловин і методи їх встановлення_________________________
- •1.3. Методи регулювання розробки родовищ і боротьби з обводненням свердловин
- •1.4. Гідродинамічні особливості витіснення нафти водою із проникнісно-неоднорідних колекторів за умов передчасних неконтрольованих проривів води
- •1.4.1 Проникнісна неоднорідність продуктивних пластів
- •1.4.2 Витіснення нафти з тріщинуватих пластів
- •1.4.3. Вирівнювання проникнісної неоднорідності тріщинуватого колектора при режимах витіснення нафти і газу як метод підвищення нафтогазовилучення
- •1.5. Види ремонтно-ізоляційних робіт і вибір методів їх виконання та тампонажних матеріалів
- •1.5.1. Класифікація ремонтно-ізоляційних робіт
- •1.5.2 Засади вибору технології pip і тампонажних матеріалів
- •Глава 2. Тампонажні матеріали,
- •2.1 Класифікації тампонажних матеріалів
- •2.1.1 Загальна класифікація тампонажних матеріалів
- •2.1.2 Класифікація тампонажних матеріалів за ступенем їх дисперсності
- •2.1.3 Класифікація тампонажних матеріалів за механізмом закупорювання водопровідних каналів
- •2.1.4 Класифікація тампонажних матеріалів за їх взаємодією з пластовими флюїдами
- •2.1.5 Класифікація тампонажних розчинів за їх фізико-хімічним складом
- •2.2. Неорганічні твердіючі тампонажні цементи і розчини
- •2.2.1 Загальна характеристика тампонажних цементів
- •2.2.2 Тампонажний портландцемент
- •2.2.3 Глиноземистий і гіпсоглиноземистий цементи
- •2.2.4 Магнезіальний цемент
- •2.2.5 Тампонажні матеріали на основі силікатів лужних
- •2.2.6 Гіпсові в'яжучі речовини
- •2.2.7 Шлакові тампонажні матеріали і шлакоцементи
- •2.2.8 Легкі й полегшені тампонажні цементи і розчини
- •2.2.9 Обважнені тампонажні цементи і розчини
- •2.2.10 Термостійкі тампонажні цементи
- •2.2.11 Тампонажні цементи та розчини для низьких плюсових і
- •2.2.12 Розширні тампонажні цементи
- •2.2.13. Корозійностійкі тампонажні цементи
- •2.2.14 Тампонажні матеріали для ізоляції зон поглинання
- •2.2.15 Тампонажні суміші на мінеральній основі з додатками органоаеросилів, полімерів, латексу, азбесту
- •2.2.16 Наповнювачі до тампонажних розчинів
- •2.2.17 Технологічні властивості цементного порошку, розчину і каменю
- •2.3. Твердіючі в'яжучі тампонажні матеріали на основі органічних речовин
- •2.3.1 Тампонажні суміші на основі формальдегідних смол тсд-9 і тс-10
- •2.3.2 Гідрофобний тампонажний матеріал
- •2.3.3 Тампонажні суміші на основі інших смол
- •2.3.4 Тампонажні матеріали на основі мономерів -акриламіду і стиролу
- •2.3.5 Тампонажні матеріали на основі кремнійорганічних сполук
- •2.4 Гелеутворювальні тампонажні суміші
- •2.4.1 Загальна характеристика
- •2.5.2 Акрилові водорозчинні полімери
- •2.4.3 Гіпаноформалінова суміш (гфс)
- •2.4.4 В'язкопружні суміші на основі паа
- •2.4.5 Гелеутворювальні суміші на основі пал або кмц
- •2.4.7 Полімерний тампонажний матеріал акор
- •2.4.8 Нафтосірчанокислотна суміш
- •2.5 Суспензійні наповнювачі
- •2.5.1. Загальна характеристика полімерних матеріалів
- •2.5.2 Дослідження деяких технологічних характеристик суспензійних наповнювачів
- •2.5.3 Поліолефіни
- •2.5.4 Полістирол і кополімери стиролу
- •2.5.5 Полівінілхлорид
- •2.5.6 Полівініловий спирт
- •2.5.7 Фторопласты
- •2.5.8 Пом'якшувач, структуроутворювач ірубраке
- •Пом'якшувач
- •2.5.9 Гранульований магній, його продукти і шлам
- •Злежаний гранульований магній
- •2.5.10 Деякі інші органічні та неорганічні наповнювачі
- •Глава 3. Способи виконання водоізоляційних робіт у свердловинах
- •3.1 Відключення окремих пластів
- •3.2. Усунення негерметичності цементного кільця за експлуатаційною колоною та ізоляція підошовної води
- •3.2.1 Напрямки, наслідки, причини і типи каналів перетікання
- •3.2.2 Дослідження негерметичності цементного кільця
- •3.2.3 Способи усунення негерметичності цементного кільця
- •3.2.4 Тампонажні матеріали
- •3.3. Відключення окремих обводнених інтервалів пористого пласта
- •3.3.1 Виявлення обводнених інтервалів та оцінка залишкового
- •3.3.2 Вибір методів ізоляції припливу нагнітальних і контурних вод у перфорованому інтервалі продуктивного пласта
- •3.3.3 Методи селективної ізоляції пластової води у свердловинах
- •Органічні і полімерні матеріали
- •3.3.4 Визначення об'єму водоізоляційних реагентів
- •3.4 Нарощування цементного кільця за обсадною
- •3.5 Розрахунок цементування свердловин
- •Глава 4. Ремонтно-лагодильні роботи
- •4.1. Лагодження дефектів експлуатаційної колони
- •4.2.1 Причини утворення дефектів у кріпленні свердловин
- •4.2.2 Методи виявлення дефектів
- •4.2.3 Визначення затрубних перетікань флюїдів і негерметичності обсадної колони
- •4.3 Усунення негерметичності обсадної колони труб
- •4.3.1 Загальна стратегія робіт з усунення негерметичності
- •4.3.2 Спосіб доскручування обсадної колони
- •4.3.3 Способи тампонування ненаскрізних каналів
- •4.3.4 Способи ізоляції наскрізних каналів
- •4.4.1. Гідродинамічні дослідження негерметичності експлуатаційної колони
- •4.4.2 Промислово-геофізичні дослідження
- •4.4.3 Обстеження стовбура свердловини
- •Глава 1
- •Класифікація причин обводнення свердловин і методи їх встановлення 87
- •Методи регулювання розробки родовищ і боротьби
- •1.4. Гідродинамічні особливості витіснення нафти водою
- •Глава 2
- •2.3. Твердіючі в'яжучі тампонажні матеріали на основі органічних
- •3.2. Усунення негерметичності цементного кільця за
- •Глава 4
- •4.2 Визначення негерметичності в кріпленні свердловини і місця
- •Технологічні матеріали і способи ізоляції
Злежаний гранульований магній
Хімічний склад. У складі товарного гранульованого магнію міститься до 7% оксиду магнію і 93 % чистого (активного) магнію. Вміст оксиду магнію MgO в порошковому магнію є більшим, так як порошковий магній має більшу питому поверхню зерен, ніж гранульований магній.
Як відомо, магній швидко взаємодіє з киснем повітря з утворенням на поверхні захисної плівки з оксиду магнію. Оксидна плівка має дірчасту пористу структуру і повільно пропускає крізь себе кисень, у результаті відбувається подальше окиснення магнію. Тому вміст чистого магнію в початковому матеріалі з часом зменшується, а вміст оксиду магнію збільшується (див. рис. 2.74). Такий частково окислений („злежаний") магній, непридатний для термокислотного оброблення; він може бути
|
Рис.2.74- Зміна залишкової маси активної речовини гранульованого магнію при його зберіганні за температури 20-25°С і вологості 40-60%: 1 - у розсипному стані на відкритому повітрі; 2 - в поліетиленових мішках
523
використаним для проведення ізоляційних робіт. У такому випадку зменшиться вміст гідрооксиду магнію в тампонувальній суміші, але збільшиться кількість магнезіального цементу (див. вище).
Гідроліз. Реакцію гідролізу злежаного магнію вивчали з мінералізованою пластовою водою нафтового родовища Узень (Ф.С. Абдулін, Я.Б. Тарко, 1980 p.). Пластові води продуктивних горизонтів Узень відносяться до класу вод жорсткої характеристики з високою солоністю. У своєму складі вони містять солі СаС12, MgCl2, NaCl; середня мінералізація пластових вод становить 120-155 г/л, густина- 1100 кг/м3.
Результати лабораторних досліджень швидкості гідролізу злежаного гранульованого магнію з пластовою і прісною водою показано на рис. 2.75. Реакція гідролізу при стандартній температурі (20°С) в дистильованій воді проходить набагато повільніше, зменшення металічного магнію через 8 годин становило приблизно 40%. Гідроліз у пластовій воді, особливо з підвищенням температури, відбувається значно швидше. При температурі 60°С, що відповідає пластовій температурі родовища Узень, реакція відбувається в 2 рази швидше, ніж у дистильованій воді при температурі 20°С - через 8 годин непрореагованого активного металічного магнію в продукті залишилося всього близько 30%. Крім того, сіль MgCl2, яка міститься в пластовій воді, з'єднується з оксидом магнію MgO чи з гідроксидом магнію Mg(OH)2, утворюючи основну сіль Mg(OH)Cl, так званий магнезіальний цемент Сореля (використовується при виготовленні наждачних каменів і різних дерево-стружкових плит, фіброліту і т.д.). Із реакції (2.39) виходить, що за наявності в пластовій воді солі хлориду
|
І - прісна вода; II-V -пластова вода
524
магнію MgCl2 відбувається утворення основної солі магнію Mg(OH)Cl, яка є магнезіальним цементом.
Оскільки в пластовій воді є недостатнім вміст хлористих солей магнію, то не весь оксид магнію чи гідроксид магнію вступає в реакцію з пластовою водою. Однак отриманого магнезіального цементу виявляється цілком достатньо, щоб у суміші з гідроксидом магнію чи кальцію утворився цементний камінь, який, володіючи достатньою міцністю, надійно закупорює водоносні канали, а припливи пластової води або зменшуються, або припиняються повністю.
Об'єм отриманого осаду суміші гідроксиду магнію і основної солі магнію буде значно більшим за об'єм вхідного матеріалу. Тому тампонажний матеріал у тріщинах буде знаходитися в напруженому стані і володіти достатньою стійкістю до розмивання при відпомповуванні води із пласта. Стійкість до розмивання буде збільшуватися ще з тої причини, що після зниження тиску на вибої, тріщини пласта під дією гірничого тиску зімкнуться і тампонажний матеріал, який заповнює їх, буде знаходитись у защемленому стані.
Введений магній залишається в пласті до повного перебігу реакції гідролізу і формування магнезіального цементу. Як видно з рис. 2.75, зі збільшенням температури, швидкість реакції гідролізу і утворення магнезіального цементу зростають. Тому рекомендується після введення гранульованого чи порошкового магнію в пласт залишати свердловину в спокої під тиском не менше, ніж на одну добу.
Використання хлористого магнію. На свердловинах, які обводнюються запомповуваними низькомінералізованими чи поверхневими водами, в яких хлориди відсутні або наявні в малій кількості, ефект обмеження чи ізоляції припливів пластових вод зменшується. Це пояснюється тим, що при введенні в обводнені пласти гранульованого чи порошкового магнію буде утворюватися, в основному, мучний осад гідроксиду магнію, який є нестійким до розмивання.
Для підвищення ефективності ізоляції шляхів водоприпливу у свердловинах, які обводнюються прісними чи слабкомінералізованими водами, до окисленого гранульованого чи порошкового магнію або до їх суміші з піском (черепашником) необхідно додавати подрібнену кристалічну сіль хлористого магнію MgCl2 [472]. Дана суміш також буде володіти селективними властивостями, так як тільки за наявності в пласті води буде проходити утворення гідроксиду магнію і магнезіального цементу.
Тампонажний матеріал буде тим міцнішим, чим більше в початковому матеріалі міститься окису магнію MgO, так як при його взаємодії з мінералізованими пластовими водами хлормагнієвого типу збільшується кількість магнезіального цементу.
525
Потрібна кількість хлористого магнію визначається в залежності від ступеня окисленості гранульованого магнію. Визначивши вміст активного магнію в пробі, решту якої складає окис магнію MgO, за винятком незначної кількості інших домішок (див. табл. 2.145), потрібну кількість солі MgCl2 розраховують, виходячи з співвідношення: 2,8 кг MgCl2Ha 1 кг MgO.
Хімічний аналіз гранульованого магнію виконують за наступною методикою. Наважку гранульованого магнію обробляють розчином двохромовокислого калію К2Сг207. При цьому окис магнію MgO і хлористі солі переходять у розчин. У нерозчиненому залишку, що містить магній тільки в активній формі, вміст останнього визначають об'ємним методом. Відносна похибка становить ± 0,5%.
Для аналізу використовують: 1) хімічно чистий („хч") двохромовокислий калій К2Сг207 (за ГОСТ 4220-65), 62 г якого розчиняють в одно-нормальній оцтовій кислоті СН3СООН („хч") (за ГОСТ 6169) і розбавлять цією ж кислотою до 1л; 2) сірчану кислоту H2S04 („хч") (за ГОСТ 4202-66), розбавлену водою 1:4; 3) водний аміак NH4OH („хч") (за ГОСТ 3760-64) - 25% і 1% розчини; 4) трилон Б (за ГОСТ 10652-63), 0,1н розчин (18,61 г ) якого розчиняють у воді, фільтрують у мірну колбу місткістю 1л, доливають до мітки водою, перемішують, а титр перевіряють за 0,1 н розчину сульфату магнію MgS04; 5) індикатор „еріохром чорний Т", 1г якого розчиняють у 20мл аміачного буферу і 80 мл етилового (винного) спирту (етанолу) СН3СН2ОН; 6) етиловий спирт-ректифікат.
У ході аналізу наважку гранульованого магнію 0,5г розміщають у стакан місткістю 60мл, доливають 20мл розчину К2Сг207; енергійно перемішують 5хв. і швидко фільтрують через лійку Бюхнера на фільтрі „біла стрічка". Відтак промивають металічний залишок на фільтрі 2 рази невеликими кількостями води, а потім -1% розчином аміаку до отримання безбарвного фільтра. Металічний залишок змивають з фільтра струменем дистильованої води у стакан місткістю 200-300мл, додають порціями 10мл H2S04 до повного розчинення залишку. Вміст стакана переносять у металеву колбу місткістю 500 мл і доводять до мітки водою. Розчин титрують трилоном Б до переходу барви з фіолетової в стійку синю. Вміст активного магнію Mg в процентах розраховують за формулою:
(2.41)
де а - об'єм трилону Б, витраченого на титрування, мл; Tw Б - титр трилону Б в грамах MgCl2-6H20; к - поправковий коефіцієнт; VK - об'єм колби; Vn - об'єм піпетки; Н- наважка магнію в грамах.
Аміачний буфер готують наступним чином: 20 г хлориду амонію NH4C1 розчиняють дистильованою водою в мірній колбі на ІООмл, доводять до
526
мітки водою. ІООмл 20% розчину NH4OH зливають з обох мірних колб в мірну колбу місткістю 1л і доводять дистильованою водою до мітки.
Суть методу визначення вмісту СГ базується на взаємодії іонів хлору С Г з іонами двовалентної ртуті Hg2+, надлишок іонів ртуті фіксують індикатором - нітропрусидом натрію. За появою в розчині слабкого стійкого помутніння встановлюють кінець титрування. Реакція протікає в 5% (за об'ємом) розчині нітрату ртуті Hg(N03)2. Відносна похибка становить ±15,0%.
Для визначення вмісту СГ використовують 1) сірчану кислоту H2S04 („хч") (за ГОСТ 4202-66), 10% (за об'ємом); 2) азотну кислоту HN03 („хч") (за ГОСТ 4461-61) густиною 1400кг/м3; 3) азотнокислий магній Mg(N03)2,0,1н титрованний розчин, для чого 17г солі Hg(N03)2 („хч") (за ГОСТ 4230-68), розчиняють у 150 мл води, додають 20 мл HN03 і розбавляють до 1л; титр розчину встановлюють за 0,1 н розчином хлоридів КС1 і NaCl, які приготовано з фіксаналів; 4) нітропрусид натрію („хч") (за ГОСТ 4218-48), 10% розчин.
Для проведення аналізу наважку гранульованого магнію (1г) розміщують у конічну колбу місткістю 250 мл, змочують від 10 до 15мл води і розчиняють на холоді в 25 мл сірчаної кислоти, додаючи її невеликими порціями. Після розчинення додають 5мл HN03 і розбавляють розчин до ІООмл, додають Імл нітропрусиду натрію і титрують розчином азотнокислої ртуті Hg(N03)2 до появи слабкого помутніння.
Вміст СГ у процентах (Хт) розраховують за формулою:
(2.42)
де V2 - об'єм Hg(N03)2, який витрачено на титрування, мл; Т2 - титр розчину Hg(N03)2, г.
На рис. 2.76 подано залежність необхідної кількості хлористого магнію для отримання максимального об'єму магнезіального цементу від ступеня окислення гранульованого чи порошкового магнію. При виконанні тільки
|
527
ізоляційних робіт у свердловину слід запомповувати якомога більше окисленого магнію, а кількість кристалічної солі хлористого магнію MgCl2 визначається згідно з цим графіком залежно від вмісту оксиду магнію MgO. Тампонувальні властивості. Для вивчення властивостей тампонажної суміші, отриманої на основі окисленого магнію, проведено лабораторні досліди на фільтраційному устаткованні АКМ-2 з моделюванням пластових умов за стандартною методикою (Ф.С. Абдулін, Я.Б. Тарко). Досліди проводили при гідрообтисканні 15,0 МПа і температурі 20°С. Визначення початкової проникності взірця суміші здійснювали пропом-повуванням технічної води. Потім запомпували насичений розчин хлористого магнію MgCl2 і фільтрацію припинили. Відтак проводили періодичне визначення коефіцієнта проникності взірця. За тиску пропомповування рпр, рівному 15,0 МПа, тиск гідрообтискання/^ збільшили на 3 МПа. У табл. 2.152 подано результати дослідів.
Таблиця 2.152 — Зміна відносного (від початкового) коефіцієнта проникності шару чистого і злежаного гранульованого магнію з перебігом часу пропомповування води
Характеристика взірця |
Тривалість часу від початку реакції |
Витрата води, см3/с |
Рщ. МПа |
Роб, МПа |
Відносний коефіцієнт проникності, % |
Примітки |
Магній -100% |
0 17,45 хв. 24 год. 30 хв. |
0,2451 0,250 0,222 |
0,0116 3,4 11,8 |
15,0 15,0 15,0 |
100 0,4 0,1 |
|
Магній -90%; оксид магнію -10% |
0 50 хв. 2 год. 50 хв. 3 год. 20 хв. 5 год. 50 хв. |
0,138 0,138 0,0242 0,0045 0 |
1,2 2,2 3,7 8,3 15,0 |
15,0 15,0 15,0 15,0 18,0 |
100 55 5,7 0,5 0 |
Фільтрація відсутня |
Як видно з поданих даних, при більшій окисленості магнію значно зменшується термін утворення тампонувальної суміші, а відповідно і час, на який необхідно зупиняти свердловину для проходження реакції гідролізу. Досліди також показали, що чим більше в товарному гранульованому магнію міститься оксиду магнію, тим кращими є адгезійні та міцнісні властивості одержаного ізоляційного матеріалу. Межа міцності на стиснення взірця тампонувального матеріалу, одержаного в разі використання чистого магнію становила 2,79 МПа, а в разі вмісту окису магнію 10% -7,86 МПа, тобто стала більшою в 2,8 рази.
Карналітовий шлам
Характеристика шламу. Гранульований магній є ефективним реагентом для ізоляції припливу пластових вод. Проте широке використання
528
магнію може стримуватися високою вартістю матеріалу та його дефіцитністю. У зв'язку з цим були проведені досліди з вивчення можливості використання як тампонажного матеріалу відходів (шламу) магнієвого виробництва (Ф.С. Абдулін, Я.Б. Тарко, І.М. Купер, 1981р.) і карналіто-вого шламу (Ф.С. Абдулін, Я.Б. Тарко, І.М. Купер, 1983 p.).
Карналіт - мінерал підкласу водних хлоридів, KMgCl3-6H20; твердість 2,5; густина 1600 кг/м3, дуже гігроскопічний; легко розчинний; безбарвний, прозорий, домішки (NH4, Rb, Cs, Ті, Fe2+, Br) визначають зміну барви аж до червоно-коричневої; великі скупчення знаходяться в соляних покладах Калушського і Стебницького родовищ. Карналіт є сировиною для отримання калійних добрив, К, Mg, Br.
Шлам при виробництві магнію (табл. 2.153) є затверділим розплавом темно-сірого кольору з густиною в середньому 1700 кг/м3. При замішуванні з водою подрібнений шлам перетворюється на в'яжучий матеріал, який складається із суміші на основі магнезіального цементу і труднорозчинних гідроксидів магнію, кальцію та ін. Матеріал карна-літового шламу (КШ) - це щільний розплав суміші різних компонентів як відходи магнієвого виробництва, а подрібнений карналітовий шлам є сірим порошкоподібним продуктом.
З метою діагностування мінералів, які входять до складу карна-літового шламу, проводили його вивчення за допомогою рентгено-струк-турного аналізу на дифрактометрі УРС-50ИМ з мідним випромінювачем. Для проведення досліджень шлам заздалегідь подрібнювали на валковій дробарці до фракції 0,01 мм, після чого в ступці тонкість помелу доводили до 0,005 мм. Після квартування наважку проби 10г розчинили в 15мл дистильованої води при температурі 18°С, фільтрували і сушили при температурі 50°С. Розчин солей висушували до кристалізації, потім проводили повторне розчинення отриманого осаду, фільтрували і висушували.
Для отримання дифрактограми брали наважку маси, яка викриста-лізована із розчину, котрий містив водорозчинні солі шламу, і висушений залишок на фільтрі, котрий представлений нерозчинними компонентами. Одержані дифрактограми розшифровували з урахуванням міжпло-щинних відстаней мінералів. Виділена група водорозчинних солей шламу дає чітку дифрактограму наявності чотирьох солей: NaCl, KC1, MgCl2 і СаС12. У нерозчинній частині шламу різко виражено лінії окису магнію MgO.
Хімічний склад карналітового шламу. Для кількісної оцінки вмісту кожного інгредієнта були проведені спеціальні лабораторні досліди.
Визначення вмісту окису магнію MgO проводили трилонометричним методом, основаним на утворенні безбарвного комплексу іонами кальцію
529
і магнію з трилоном Б. Вміст Хт, окису магнію MgO в масових відсотках обчислили за формулою:
(2.43)
де
-
титр трилону Б в перерахунку
на MgO; а -
об'єм трилону Б,витраченого
на титрування загального магнію і
кальцію, мл; Ь -
об'єм 0,05 Н
розчину трилону Б, витраченого на
титрування водорозчинних кальцію і
магнію, мл; к - поправковий
коефіцієнт до титру 0,05 Н
розчину трилону Б за MgO;
Vn -
об'єм піпетки, мл; VK
- об'єм колби, мл; Н-
наважка, г.
Визначення хлоридів магнію, кальцію, калію і натрію проводили за відомими аналітичними методиками з дослідженням на катіонний і аніонний склади.
Результати дослідів з визначення хімічного складу приведено в табл. 2.153 і 2.154.
Таблиця 2.153 - Характеристика складу відходів (шламу) магнієвого виробництва (в % - масі
MgO |
MgCl2 |
СаСЬ |
КС1 |
NaCl |
S042- |
Al |
Mn |
Si |
С |
Fe |
В |
10-50 |
15-40 |
1,1-1,7 |
20-30 |
5-10 |
0,05 |
0,001-0,1 |
0,002 |
0,002 |
0,08 |
0,05 |
0,001 |
Таблиця 2.154- Хімічний склад карналітового шламу, % - мас.
|
|
|
Інгредієнти |
|
|
|
КШ |
MgO |
MgCl2 |
СаС12 |
КС1 |
NaCl |
SO42- |
|
45,7 |
18,2 |
0,62 |
20,0 |
5,5 |
0,013 |
Густина шламу. Густину КШ визначали пікнометричним методом і розраховували за наступною формулою:
(2.44)
де Ркш - густина матеріалу (КШ) при 20°С, кг/м3; т = Р\ - Р0; Р0 - маса порожнього пікнометра, r;P1 - маса пікнометра з наважкою, г; рр - густина вуглеводневої рідини при 20°С; Р3 _ маса пікнометра з рідиною, г; Р2 - маса пікнометра з наважкою і рідиною, г.
Середня дійсна густина КШ становить 2340 кг/м3. Об'ємна насипна густина КШ, визначена з точністю ±0,01 кг/м3, становить 1500 кг/м3.
Гранулометричний склад карналітового шламу подано в табл. 2.155.
Таблиця 2.755 -Гранулометричний склад карналітового шламу
Розмір частинок, мм |
1,0-0,2 |
0,2-0,175 |
0,175-0,149 |
0,149-0,125 |
менше 0,125 |
Масовий вміст частинок, % |
32,6 |
4,73 |
7,86 |
9,34 |
45,44 |
530
Густина тампонажного розчину. Властивості тампонажного розчину карналітового шламу залежать від багатьох чинників, основними з яких є хіміко-мінералогічний склад, водотверде (водоцементне) відношення, режим перемішування, температура, тиск і ін.
Якість цементування визначається, в основному, властивостями тампонажного розчину і каменю: седиментаційною стійкістю розчину, його водовіддачею, рухомістю (розтічністю), зміною міцності структури в часі, термінами схоплювання, часом загуснення, густиною цементного розчину (див. вище). За густиною контролюється водоцементне відношення розчину, який готується в ході цементування свердловин.
Густину тампонажного розчину визначали ареометром АГ-1. Результати вимірювань представлено в табл. 2.156.
Таблиця 2.156 - Густина тампонажного розчину карналітового шламу в залежності від водотвердого відношення________________________
Матеріал |
|
Тампонажний магнезіальний цемент |
|
|||
в/т |
0,36 |
0,4 |
0,45 |
0,5 |
|
0,6 |
р, кг/м3 |
1854 |
1870 |
1802 |
1752 |
|
1660 |
Рис. 2.77-Терміни схоплювання там понажного матеріалу на основі кар- налітового шламу залежно від во- дотвердого відношення В/Т за різ- них температур t ;
|
Численні дослідження показують, що час схоплювання цементних розчинів залежить перш за все від температури і водоцементного відношення (див. вище). Проведено лабораторні дослідження з визначення термінів схоп-лювання тампонажного розчину на основі карнілітового шламу за допомогою приладу Віка. Щоб уникнути випаровування рідини замішування при температурах понад 70°С, взірці тампонажного матеріалу під час тверднення витримували в герметичній формі, яку поміщали у воду з відповідною температурою.Результати дос-лідів приведено в табл. 2.157 і на рис. 2.77
Як видно із поданих даних, терміни схоплювання тампонажного
531
розчину на основі КШ задовольняють умовам тампонування у свердловинах.
Міцністні властивості тампонажного каменю. Міцність тампонажного каменю характеризують граничним опором стисненню і згину. Випробували взірці тампонажного каменю, отримані при різних водо-твердих відношеннях і температурах, через 7 діб після закінчення їх затвердіння. Результати дослідів приведено в табл. 2.158, 2.159 і на рис. 2.78,2.79.
Міцність тампонажних матеріалів (на основі портландцементів) на стиснення при температурі 50-90°С через 24 години після затвердіння становить від 10 до 16 МПа, а на згин - від 4,5 до 5,9 МПа (див. вище). Зіставлення міцнісних властивостей тампонажного каменю на основі КШ показує, що міцність його в початковий період істотно перевищує аналогічні характеристики портландцементів.
Таблиця 2.157 - Терміни схоплювання тампонажного розчину на основі КШ залежно від температури і водотвердого відношення В/Т
|
Час |
схоплювання при температурах, години |
||||
в/т |
50°С |
70°С |
90°С |
|||
|
початок |
кінець |
початок |
кінець |
початок |
кінець |
0,26* 0,34 0,43** |
2,07 4,10 7,06 |
2,43 5,00 8,10 |
0,57 1,21 2,43 |
1,20 1,56 3,25 |
0,55 1,01 2,54 |
1,10 1,22 3,23 |
Примітки: * - водотверде відношення 0,26 (максимальне), за якого замішується тампонажний розчин; ** - водотверде відношення 0,43, яке визначає розтічність 18-19 см.
Таблиця 2.158 - Зміна межі міцності на згин тампонажного каменю на основі КШ залежно від температури і водотвердого відношення В/Т
В/Т |
Межа міцності на згин, МПа |
||
50°С |
70°С |
90°С |
|
0,26 0,34 0,43 |
2,4 1,7 1,5 |
4,2 4,25 3,31 |
3,5 2,6 0,21 |
Таблиця 2.159- Зміна межі міцності на стиск тампонажного каменю на основі КШ залежно від температури і водотвердого відношення В/Т
В/Т |
Межа |
міцності на стиск |
, МПа |
50°С |
70°С |
90°С |
|
0,26 0,34 0,43 |
5,1 3,9 3,4 |
13,0 8,6 6,5 |
9,8 7,6 4,3 |
532
Рис. 2.78 - Міцність тампонажного каменю на Рис. 2.79 - Міцність тампонажного каменю на
основі карналітового шламу на згин залежно від основі карналітового шламу на стиск залежно
температури t за різних водотвердих від температури t за різних водотвердих
відношень В/Т відношень В/Т
З цих даних виходить, що тампонажний матеріал із відходів магнієвого виробництва володіє всіма необхідними якостями для водоізоляції. Перевагами його є: а) хороші міцнісні і адгезійні властивості утвореного каменю; б) низка вартість матеріалу; в) наявність великої кількості матеріалу у вигляді непотрібних відходів; г) збереження навколишнього середовища від забруднення через утилізацію шламу.
Проте подальші дослідження з визначення змін тампонажного матеріалу на основі КШ в умовах зберігання у водному середовищі показали, що міцнісні характеристики його, на відміну від портландцементів, у часі знижуються. Основне зниження міцнісних властивостей КШ відбувається на рівні 5,0-6,0 МПа (на стиск) і 3,5-4,5 МПа (на згин), що цілком задовольняє умовам проведення ряду операцій з цементування у свердловинах (встановлення тимчасових мостів, ліквідацій зон поглинання і т.п.).
Промислові випробування тампонажного матеріалу КШ. Випробування тампонажного матеріалу КШ проведено 09.11.1983 р. у водона-гнітальній свердловині 502-Битків НГВУ „Надвірнанафтогаз".
Для проведення робіт з обстеження стану експлуатаційної колони виникла потреба ізолювати вибій свердловини та інтервал перфорації від верхньої частини колони. З цією метою було прийнято рішення встановити „висячий" цементний міст з головою на глибині 1520 м. Роботи виконували з використанням карналітового шламу. Приготували водний розчин КШ, якого взяли 1,5 т, при водотвердому відношенні 0,44 і густині 1800 кг/м3. Після протискування тампонажного розчину з НКТ провели „зрізування",
533
припідняли заливальні труби і залишили свердловину в спокої для ОТЦ протягом 35 годин. У ході відбивання вибою 11.11.1983 р. допусканням труб голову моста виявили на глибині 1838 м.