- •Авторы: н.И. Николаев, ю.А. Нифонтов, в.В. Никишин, р.Р. Тойб
- •Введение
- •Глава 1. Тампонажные материалы
- •1.1. Назначение и классификация тампонажных материалов для проведения изоляционных работ в скважинах
- •1.2. Минеральные вяжущие вещества
- •1.3. Физико-химические процессы гидратации и твердения минеральных вяжущих веществ Состав и свойства цементного клинкера
- •Связь между составом клинкера и свойствами портландцемента
- •Активные добавки в клинкер при его помоле
- •Активные добавки в состав тампонажного портландцемента
- •Кинетика структурообразования цементного камня
- •Природа процессов схватывания и твердения цементного камня
- •1.4. Тампонажные материалы специального назначения Термостойкие тампонажные цементы
- •Расширяющиеся тампонажные цементы
- •1.5. Тампонажные материалы на основе силикатов щелочных металлов
- •1.6. Органические и органо-минеральные тампонажные материалы Тампонажные смеси на основе торфа и сапропеля
- •Тампонажные смеси на основе синтетических смол
- •Тампонажные растворы на основе латексов
- •Тампонажные смеси на основе лигносульфонатов
- •Битумные тампонажные смеси
- •1.7. Комбинированные тампонажные смеси
- •1.8. Модифицированные тампонажные материалы
- •Облегченные тампонажные цементы и растворы
- •Утяжеленные тампонажные цементы и растворы
- •Глава 2. Контроль и регулирование свойств тампонажных смесей
- •2.1. Методы определения физико-механических свойств тампонажных смесей
- •2.2. Регулирование свойств тампонажных растворов с помощью химических реагентов
- •Ускорители схватывания и твердения. Для сокращения времени ожидания затвердевания цемента в тампонажные растворы вводят ускорители процессов схватывания и твердения.
- •Краткая характеристика некоторых реагентов
- •Глава 3. Технология тампонирования скважин
- •3.1. Цементирование обсадных колонн
- •Способы цементирования скважин
- •Методика расчета одноступенчатого цементирования
- •Режим работы цементно-смесительного оборудования при приготовлении тампонажных растворов из различных сухих материалов
- •Организация процесса цементирования скважин
- •3.2. Ликвидация геологических осложнений в открытом стволе скважины Изоляция поглощающих зон цементными растворами
- •Изоляция поглощающих горизонтов глиноцементными растворами
- •Изоляция поглощающих зон быстросхватывающимися смесями
- •Тампонажные устройства
- •Технология тампонирования скважин сухими быстросхватывающимися смесями (бсс)
- •Устройства с совмещенной доставкой бcc в скважину
- •Ликвидация каверн, пустот и крупных трещин в скважинах
- •3.3. Установка разделительных мостов и искусственных забоев в скважинах
- •3.4. Ликвидация и консервация скважин Ликвидационное тампонирование скважин
- •Консервация скважин
- •Рекомендательный библиографический список
- •Оглавление
- •Глава 1. Тампонажные материалы 5
- •Глава 2. Контроль и регулирование свойств тампонажных смесей 56
- •Глава 3. Технология тампонирования скважин 81
Тампонажные смеси на основе синтетических смол
Твердеющие смеси. Исследования последних лет в области химии полимеров позволили создать ряд недефицитных высокомолекулярных соединений и на их основе разработать быстросхватывающиеся смеси (БСС) с регулируемыми сроками твердения. Для тампонирования осложненных интервалов разведочных скважин наибольшее распространение получили следующие химические соединения: акриловые и метакриловые кислоты и их производные; карбамидные, феноло-формальдегидные и эпоксидные смолы; синтетические латексы.
Известно, что акриламид легко растворим в воде, метиловом и этиленовом спирте, ацетоне. При сополимеризации водного раствора акриламида (концентрация 16-25 %) с раствором метиленбисакриламидом (1-4 %) образуются наиболее прочные гели. В качестве инициаторов сополимеризации применяются персульфат аммония (0,5 %) и гидросульфит натрия (0,14 % от массы акриламида), при введении которых через 30-40 с начинает образовываться резиноподобная вязкая масса, а через 3-4 мин заканчивается ее формирование. Для замедления реакции полимеризации используется железосинеродистый калий, введение которого в количестве до 0,09 % от массы акриламида может задержать сополимеризацию раствора на период от нескольких минут до 2 ч.
К карбамидным смолам, получившим наибольшее применение при проведении буровых работ, относятся смолы МФ-17, М-270, М-19-62. В качестве недорогого и эффективного их отвердителя применяется соляная кислота. Основным недостатком этих смол является ухудшение со временем прочностных свойств и увеличение усадки тампонажного камня. В ВИТРе разработана технология приготовления высокоэффективной тампонажной смеси на основе меламино-мочевино-формальдегидной смолы ММФ-50 и акриламида с добавками отвердителя (щавелевой или соляной кислоты) и инициаторов (например, Na2SO4). Для предотвращения усадочных явлений в состав БСС вводят наполнители: каолин, бентонит, асбест и др.
Существенным недостатком всех карбамидных смол является необходимость применения кислот в качестве отвердителя, что отрицательно сказывается на результатах тампонирования карбонатных пород, так как при взаимодействии с кислотами карбонаты разлагаются. Это приводит к снижению прочности и повышению проницаемости пород.
Формальдегидные смолы обладают способностью отверждаться как в кислой, так и в щелочной среде. Наибольший интерес из смол этой группы представляет резорцино-формальдегидная смола ФР-12, в качестве отвердителя которой может быть использован формалин, но ввиду дефицитности и высокой стоимости ФР-12 не получила широкого применения в бурении. На основе дешевых сланцевских фенолов ФРЭС и ТСД-9 созданы тампонажные смеси для закрепления слабосцементированных пород. Эти БСС обладают малыми сроками схватывания (1-3 мин) и большой проникающей способностью. Время отверждения раствора регулируется количеством введенного отвердителя (формалина) и катализатора (кальцинированной соды), причем значительное влияние на сроки схватывания оказывают степень разбавления смеси водой и температура среды, что при наличии водопритоков в скважине отрицательно сказывается на качестве тампонирования.
Эпоксидные смолы, в сравнении с карбамидными и феноло-формальдегидными, обладают рядом преимуществ, заключающихся в том, что тампонажный камень из эпоксидных смол имеет повышенные прочностные и адгезионные свойства. Эпоксидные смолы марки ЭД-5 и ЭД-6 получают путем поликонденсации эпихлоргидрина глицерина и дефенолов в присутствии щелочи. На основе этих смол созданы тампонажные смеси со сроками отверждения от 5 до 60 мин. В качестве отверждающих веществ применяют полиамины, полиамиды, жирные кислоты, фенольные и карбамидные смолы. В состав смеси входят различные реагенты: разбавители, пластификаторы, ускорители и др.
Наряду с достоинствами БСС, приготовленных из синтетических материалов, им присущи общие недостатки, заключающиеся в необходимости особо точного подбора компонентов смеси с учетом свойств каждого конкретного образца исходных продуктов (смолы, отвердителя, наполнителя и т.д.), что значительно усложняет их оперативное применение в скважине. Значительные усадочные деформации некоторых БСС, повышенная токсичность и химическая активность отдельных составляющих, а также сравнительно высокая стоимость являются сдерживающими факторами массового внедрения в практику буровых работ.
Нетвердеющие смеси. Нетвердеющие составы на основе синтетических смол получили название вязкоупругих растворов. Один из составов представляет собой водную смесь полиакриламида, водорастворимых синтетических смол и технического формалина. Содержание полиакриламида в исходном водном растворе составляет 0,5-1 %, водного раствора гексарезорциновой смолы 1-2 %-ной концентрации – 10-15 % и водного раствора формалина 40 %-ной концентрации – 1-2 %.
Вязкоупругий раствор готовят следующим образом. В глиномешалке в течение 1-2 ч перемешивают водный раствор ПАА, а в отдельной емкости – водный раствор смолы в течение 20-30 мин. После этого раствор смолы выливают в раствор ПАА и перемешивают 20-30 мин. Затем постепенно при тщательном перемешивании вводят формалин, смесь оставляют в покое на 18-20 ч для завершения реакции. Полученный состав представляет собой резиноподобный гель плотностью 1 г/см3 с довольно прочной пространственной решеткой из скоагулировавшего полимера (водонаполненная полимерная сетка). Для уменьшения температуры замерзания вязкоупругого состава водный раствор ПАА можно приготовить на водном растворе поваренной соли.
Очень прочная упругая структура образуется при сополимеризации акриламида 16-25 %-ной водной концентрации с метиленбисакриламидом 1-4 %-ной концентрации. Для инициирования полимеризации применяется окислительно-восстановительная система, включающая персульфат аммония и гидросульфат натрия (соответственно 0,5 и 0,14 % от массы акриламида). Вязкая масса формируется в течение 3-4 мин и существенно зависит от температуры.
Этот состав не может быть доставлен в зону поглощения в виде однорастворной смеси. Его следует либо получить смешиванием исходных компонентов в зоне поглощения, либо облагораживать введением реагента – замедлителя схватывания, который бы отодвигал сроки схватывания на период закачки.
Вязкоупругие составы применяются при борьбе с поглощениями, а также для повторного тампонирования. С целью повышения эффективности в них можно вводить наполнители.