1.2 Материалы для приготовления тампонажных смесей

В качестве вяжущих материалов в практике тампонажных работ наиболее часто применяют цементы, гипс, известь, синтетические смолы.

Портландцемент представляет собой порошкообразный вяжущий материал, в состав которого входят высокоосновные силикаты кальция, оксиды глинозема, железа и другие примеси. Содержание основных оксидов" в портландцементе колеблется в следующих пределах: 60-66% оксида кальция, 18-25% кремнезема, 4-8% глинозема, 0,5-5% оксида железа, 0,1-5% оксида магния. Свойства портландцемента могут меняться в зависимости от состава клинкера. Портландцемент имеет плотность 3,1-3,15 г/см³, насыпную массу -900-1100 кг/м³ и удельную поверхность — 250-400 м²/кг. Тонкость помола цемента должна быть такой, чтобы при просеивании сквозь сито № 008 (размер основной ячейки в свету 0,08 мм) по ГОСТ 3584-73 происходило не менее 85% от массы пробы.

Глиноземистьт цемент - быстротвердеющее вяжущее вещество, в составе которого преобладают е низкоосновные алюминаты кальция. Глиноземистый цемент получают обжигом до спекания или Плавления сырьевой смеси, состоящей из известняка и бокситов, с последующим размолом. В состав цемента входят: глинозем - 40%, окись кальция - 40%, окись кремния - 10% и оксиды железа - 9%. Цементный камень из глиноземистого цемента характеризуется большой прочностью и водонепроницаемостью по сравнению с портландцементом. Он имеет меньшие сроки схватывания, чем портландцемент, но более дорогой.

Гипс представляет собой полугидрат CaSO4'0,5H2O и отличается от строительного гипса способом производства и более высокой прочностью. Плотность гипса 2,5-2,75 г/см³. Гипс - быстросхватывающее вещество, используется в основном для приготовления быстросхватывающихся смесей (БСС).

Известь получают из мергелистых известняков путем их обжига при 900°С с последующим их помолом. Плотность извести колеблется от 1,8 до 2,6 г/см³. Она применяется в специальных тампонажных смесях и замедляет сроки их схватывания.

Глина может использоваться при тампонировании скважин в качестве самостоятельного материала. Кроме того, известь выполняет функции структурообразователя и активной минеральной добавки к цементным и известняковым растворам.

Смолы представляют собой высокомолекулярные органические соединения (полимеры). Они используются для борьбы с поглощениями. Применяются следующие составы смол.

Карбамидные смолы: мочевино-формальдегидные (МФ-17, МФ-60, М-270, М-19-62, КС-68 «Б», М-3), меламино-мочевино-формальдегидные (ММФ-50), мочевиноформальдегиднофурфуроловые (МФФ-М), карбомидформальдегидные (КФ-Ж). Они представляют собою жидкости от белого до темно-коричневого цвета, плотностью 1,17-1,5 г/см³. Прочность камня довольно высокая: при сжатии - 250 МПа, при изгибе - до 120 МПа.

В качестве отвердителя этих смол используют органические и кислоты: щавелевую, реже лимонную, соляную, фосфорную, а с соли: хлорное железо, хлорный цинк, хлористый аммоний.

Наиболее широко в качестве отвердителя применяются соляная и щавелевая кислоты в виде водного раствора. Общее содержание воды в рабочем растворе смолы не должно превышать 50%. В целях безопасности соляная кислота применяется в виде 10%-ного раствора, а щавелевую кислоту можно добавлять и в порошкообразном виде.

Латекс применяется в разведочном бурении в основном для ликвидации поглощений промывочной жидкости. Это молочно-белая жидкость плотностью 0,96-0,97 г/см с содержанием воды до 56% и каучука до 37%. Кроме того, в состав входят 2-7% белков, 1,6-3,4% смол, 1,5-4,2% сахара и 0,2-0,7% золы. Каучук в латексе находится в виде отрицательно заряженных взвешенных глобул, размеры которых колеблются от 0,1 до 6 мкм. На поверхности частиц каучука расположен адсорбционный слой ПАВ (белков, жирных кислот и т.п.), выполняющий роль стабилизатора эмульсии каучука в воде.

Применение латекса обусловливается его способностью к коагуляции при смешивании с водным раствором солей поливалентных металлов Са⁺²₍ Fe^t3, АГ³, Mg⁺², в результате чего образуется эластичная каучуковая масса, способная закупоривать каналы и полости. В качестве основного коагулянта латекса используется 3%-ный раствор СаСЬ, концентрацией которого в составе латекса регулируется скорость его коагуляции. При выполнении тампонажных работ с целью ликвидации поглощения промывочной жидкости используются следующие марки латексов: СКС-50КГП; СКС-ЗООХ; СКС-С при концентрации сухого вещества 50+60%; малоконцентрированные латексы (МКЛ) с содержанием сухого вещества 25-30% - ДВХВ-70; ДВМП-100; СКМС-ЗОАРК.

Для регулирования свойств тампонажных смесей применяют ускорители схватывания СаС1₂, КС1, NaCl, Na₂O-nSiO2, гипс, замедлители схватывания: ССБ, КССБ, ПФЛХ, и др.; понизители водоотдачи и стабилизаторы: глина, акриловые полимеры, эмульсии латексов и т.п. вещества.

Составы и свойства тампонажных смесей выбираются в зависимости от их назначения, в соответствии с которыми должны предъявляться требования к выбранной тампонажной смеси и получающемуся при твердении тампонажному камню.

Для цементирования обсадных колонн и разобщения проницаемых пластов, основными требованиями являются: подвижность тампонажного раствора, хорошее вытеснение из ствола скважины и из затрубного пространства промывочной жидкости и подъем на необходимую высоту, высокая прочность и низкая проницаемость тампонажного камня, его хорошая адгезия с поверхностью обсадных труб.

При создании мостов, разделительных пробок и искусственных забоев, важнейшими требованиями являются прочность тампонажного камня и высокая скорость твердения.

При выполнении тампонажных работ с целью устранения поглощения промывочной жидкости, тампонажные смеси должны отвечать следующим требованиям: достаточное проникновение в поглощающие каналы и трещины; устойчивость к агрессии подземных вод; достаточно высокая скорость потери подвижности - схватывание; хорошая адгезия с горными породами.