- •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
1.7. Комбинированные тампонажные смеси
Полимерцементные смеси обладают хорошей изолирующей способностью, повышенной коррозийной стойкостью, устойчивостью к разбавлению подземными водами.
Одними из наиболее широко применяемых являются полиакриламидцементные растворы (пасты). Их получают смешиванием цементного раствора, приготовленного на водном растворе полиакриламида, с цементной суспензией, для которой используют водный раствор хлористого кальция.
Состав смеси сухого цемента в массовых частях: тампонажный цемент – 100; полиакриламид – 0,14-0,2; СаСl – 2,5-5; вода – 60. Полиакриламид используется в виде водного раствора 3 %-ной концентрации, применяют и гипан примерно в такой же концентрации. Полиакриламидцементная паста очень быстро загустевает, а затем твердеет с образованием прочного водонепроницаемого камня. Она используется для изоляции зон поглощения в закарстованных породах. Свойства пасты и камня регулируют составом исходного цементного раствора. Для предупреждения преждевременного схватывания состава в бурильных трубах раствор полимера впрыскивают в цементный раствор в процессе закачки.
Широко применяют метасоцементные пасты, которые представляют собой смесь водного раствора метаса 10-15 %-ной концентрации с цементной суспензией (В/Ц = 0,4-0,5), приготовленной на водном растворе с содержанием 5-6 % хлористого кальция. Так как метас растворяется только в водно-щелочном растворе, состав содержит кальцинированную соду. Примерное соотношение компонентов следующее: цемент – 100, метас – 0,5-1, кальцинированная сода – 0,17-0,33, хлористый кальций – 5-18, вода – 40-50 %.
Порядок приготовления метасоцементной пасты следующий: сначала в воде (5 % от требуемого объема) растворяют соду, а затем метас в расчетных количествах. Растворение метаса занимает не менее 3-4 ч. После приготовления раствора метаса на остальном количестве воды с добавкой хлористого кальция во второй емкости готовят цементный раствор. Оба раствора одновременно закачивают в скважину через смесительное устройство.
Прочность цементного камня с добавкой метаса выше прочности камня из чистого цементного раствора. Для придания цементным растворам повышенной текучести добавляют синтетические смолы. Так, добавки до 5-10 % резорцино-формальдегидной смолы ФР-50, обладающей в цементном растворе пластифицирующими свойствами, приводят к значительному снижению потери напора при тампонировании (до 30 %). Сроки схватывания такого полимерцементного состава уменьшаются при введении 0,25-0,5 % кальцинированной соды.
Полимерцементные смеси могут иметь и более сложный состав и содержать комбинацию смол. Здесь каждый компонент придает смеси или тампонажному камню новое качество или усиливает нужные свойства.
Цементно-латексные растворы представляют собой смесь цемента, воды, латекса, антивспенивателя, а также солей (чаще NaCl), которыми регулируют реологические свойства смесей. Добавки латекса составляют 1-2 %, соли 2-3 %. Латекс можно впрыскивать в процессе закачки цементного раствора, затворенного на водном растворе хлористого кальция. Такой состав используется при изоляции поглощающих горизонтов.
В настоящее время в СПГГИ разработаны полимерцементные смеси на базе портландцементов с добавками 0,5-1,5 % нового отечественного высокомолекулярного реагента «Конкрепол», выпускаемого заводом «Оргполимерсинтез СПб». Указанный полимер позволит повысить прочность цементного камня в два раза (через 28 сут твердения), прочность на изгиб на 50 % (7 сут), адгезию к металлу более чем в 10 раз.
Все полимерцементные растворы могут содержать наполнители, в качестве которых чаще применяется песок, реже глина, при добавке глины получают смеси пониженной плотности. Полимерцементные смеси используют главным образом для борьбы с поглощениями и установки мостов в скважинах.
Отверждаемые глинистые растворы (ОГР) получают введением в глинистый раствор сланцевых фенолформальдегидных смол ТСД-9 или ТС-10 с отвердителями. В качестве отвердителей применяются водные растворы формальдегида (формалин), параформ, минеральные кислоты. В процессе смешивания состава в среде глинистого раствора при реакции поликонденсации формируется полимерная пространственная сетка, в которой глинистый раствор играет роль наполнителя. После отверждения состав дает довольно прочный камень.
Смола вводится в количестве 25-30 % от объема раствора, формалин – до 50 % от объема смолы. Соотношение компонентов в растворе следующее: смола – 20-30 %, формалин – 10-20 %, глинистый раствор – 50-70 %. В начальный период после приготовления смесь имеет вязкость, несущественно отличающуюся от вязкости глинистого исходного раствора. После смешения исходных компонентов консистенция ОГР в течение определенного времени (индукционный период) не меняется, а затем в отличие от цементных растворов быстро и равномерно возрастает и жидкость переходит в твердое состояние.
Рекомендуемая плотность глинистого исходного раствора 1,18-1,2 г/см3, статическое напряжение сдвига 4-6 Па. С увеличением плотности раствора прочность тампонажного камня возрастает. Отделение фильтрата превышает водоотдачу исходного раствора на 30-60 %, однако фильтрат поликонденсируется в твердую пластмассу. Скорость реакции поликонденсации зависит от соотношения компонентов и температуры, но в большей мере от содержания глинистой составляющей и температуры. Имеет значение и показатель рН среды.
Отверждаемые глинистые растворы применяются при ликвидационном тампонировании и борьбе с поглощениями. Необходимо отметить следующие преимущества ОГР:
высокую коррозионную стойкость к термосолевой агрессии и водогазопроницаемость при сравнительно высокой механической прочности тампонажного камня;
способность обеспечивать монолитную связь тампонажного камня со стенками скважины при наличии на стенках даже рыхлых фильтрационных корок;
низкую плотность, что облегчает технологию работ и уменьшает расход смеси при тампонировании.
Недостатком является токсичность фенолов и отвердителей и значительная усадка (до 7 %) в растворах солей поливалентных металлов.
Разновидность отверждаемых глинистых растворов (паст) – растворы на основе лигносульфонатов и бихромата натрия (хромпика). Продукт твердения таких растворов представляет собой массу, подобную твердой резине с прочностью на сжатие от 0,4 до 0,8 МПа. Содержание компонентов в таком растворе колеблется в пределах, %: глинистый раствор плотностью 1,7-1,8 г/см3 – 40-50; 30 %-ный раствор хромпика плотностью 1,25 г/см3 – 20-30; ССБ плотностью 1,25 г/см3 – 25-30. Плотность тампонажного раствора 1,5-1,6 г/см3, растекаемость по конусу, сроки схватывания от 20 ч 50 мин до 6 ч.
Порядок приготовления паст следующий: глинистый раствор смешивают с ССБ, а затем в полученную смесь добавляют водный раствор хромпика. После ввода бихромата натрия смесь должна быть закачана не позднее чем через 30 мин, так как образующийся гель загустевает до состояния непрокачиваемости.