книги из ГПНТБ / Мищевич, В. И. Гидродинамические исследования поглощающих пластов и методы их изоляции

нии цементно-смесительной машины. Однако для равномерного пе­ ремешивания компонентов смесь после загрузки необходимо пере­ гружать из одного цементос-месителя в другой. На эту операцию затрачивается дополнительное время и требуются дополнительные машины.

Равномерное перемешивание сухих компонентов может быть достигнуто при затаривании цементосмесителя с помощью автоце­ ментовозов, оборудованных специальной камерой. Автоцементовозы предназначены для перевозки бестарного цемента и загружа­ ются пневматически. Для приготовления равномерной смеси двух компонентов выкидные шланги двух автоцементовозов обвязывают тройником, который опускают в загрузочный люк цементно-сме­ сительной машины. Автоцементовозы предварительно затаривают: один — тампонажным цементом, другой — гипсом.

При совместной загрузке гипса и цемента в бункере цементно­ смесительной машины образуется равномерная гипсо-цементная смесь, при этом необходимо следить за одновременным началом и окончанием работы обоих автоцементовозов.

Полученная гипсо-цементная смесь доставляется на скважину в цементосмесителе. Смесь затворяют на растворе замедлителя при В:С = 0,5:0,6. В качестве замедлителей схватывания могут быть использованы те же реагенты, что и для замедления схваты­ вания гипсовых растворов; триполифосфат натрия (ТПФН), гексаметофосфат натрия (ГМФН), тринатрийфосфат, сульфит-спиртовая барда (ССБ), техническая бура и др.

Количество замедлителя в воде затворения гипсо-цементной смеси зависит от его вида и активности, сроков схватывания сме­ си и в среднем составляет 0,25—1% от веса сухой смеси. В табл. 24 показано влияние некоторых замедлителей на сроки схватывания

160

ного гипса и 50% цемента Стерлитамакского содо-цементного ком­ бината.

Уменьшение отношения В : С с 0,6 до 0,5 при вводе того же ко­ личества замедлителя, например триполифосфата натрия, приводит к сокращению сроков схватывания смеси примерно на 25%• Вре­ мя начала схватывания данных растворов несколько меньше при перемешивании, чем при схватывании в статических условиях (табл. 25). Загустевание смеси свидетельствует о развитии в си-

Т а б л и ц а 25 Изменение свойств гипсо-цементных смесей в зависимости от времени перемешивания

стеме конденсационной структуры, поэтому дальнейшее перемеши­ вание раствора нежелательно ввиду снижения прочности получае­ мого гипсо-цементного камня. Следовательно, время проведения заливки не должно превышать 75% от времени начала схватыва­ ния смеси в статических условиях.

Для изоляции зоны поглощения гипсо-цементной смесью, приго­ товленной путем смешивания сухих компонентов, необходимо иметь цементосмеситель, загруженный гипсо-цементной смесью, не менее двух (согласно расчету) цементирующих агрегатов и замедлитель схватывания. Последний растворяют в воде затворения смеси, и на этом растворе замешивают гипсо-цементный раствор для определе­ ния сроков схватывания и времени загустевания смеси. Если рас­ четное количество раствора замедлителя не помещается в бункере одного цементировочного агрегата, необходимо использовать бун­ кер запасного агрегата, с помощью которого раствор замедлителя подкачивается в процессе заливки в основной агрегат. В остальном процесс тампонирования не отличается от обычной заливки с при­ менением БСС.

Практика изоляционных работ на промыслах Татарии показа­ ла, что1тампонирование зон поглощения промывочного раствора, расположенных на глубинах до 500—700 м, например артинский ярус и верхний карбон, рекомендуется проводить по открытому стволу скважины. Залегающие ниже зоны поглощения следует там-

понировать через бурильные трубы, снабженные разобщающим

пакером.

Количество тампонирующей смеси надо выбирать из расчета заполнения поглощающих каналов ствола скважины в интервале зоны поглощения ( с учетом кавернозности) и ствола скважины над зоной поглощения (30—40 м). При этом необходимо иметь в виду, что при смешивании равных весовых частей сухого гипса и цемента на приготовление 1 м3 тампонирующего' раствора следует иметь: при В : С= 0,5 1,22 т сухой смеси, при В : С= 0,6 1,11 т сухой смеси. Расчетное количество раствора замедлителя определяют ис­ ходя из принятого В : С плюс 1 м3.

Время ожидания схватывания смеси не должно превышать 3— 4 ч. Практически гипсо-цементный камень можно разбуриватьче­

рез 2 ч после окончания продавки.

Гипсо-цементную смесь приготовляют также путем раздельной подачи в нагревательную линию цементного и гипсового растворов. Такая смесь имеет очень короткие сроки схватывания. Например, при смешивании равных объемов цементного (цемент Вольского завода при В :Ц = 0,5) и гипсового (строительный В :Г = 0,9) раст­ воров смесь при растекаемости 20 см и плотности 1,76 г/см3 имеет начало схватывания 6 мин, конец схватывания —4 мин. Поэтому для практического применения гипсо-цементных смесей в них не­ обходимо вводить замедлители сроков схватывания.

В табл. 26 приведены параметры гипсо-цементной смеси, полу­ ченной при добавлении в воду затворения гипса триполифосфата натрия (состав смеси в объемном отношении: 50% цементного раст­

В табл. 27 приведены параметры гипсо-цементных смесей, об­ работанных замедлителями сроков схватывания триполифосфатом натрия и кальцинированной содой.

Таким образом, одновременное добавление в гипсо-цементную смесь ТПФН и ЫагСОз в различных процентных соотношениях поз­ воляет варьировать сроками схватывания в широком диапазоне.

В связи с тем, что каждая партия строительного гипса может иметь свои параметры, изменяющиеся во времени (вследствие ги­ гроскопичности гипса и др.), необходимо делать анализ каждой

162

партии не более 2 сут. Анализ производится с целью выяснения водогипсового отношения, влияния замедлителей на сроки схватьъ вания гипсового раствора и гипсо-цементной смеси. Результаты анализа должны быть переданы в УРБ или РИДС перед проведе­ нием изоляционных работ.

Практика применения гипсо-цементных смесей показала, что непосредственно перед заливкой смеси с целью корректировки сро­ ков схватывания ее необходимо проводить экспресс-анализ смеси. Для этого на приготовленной в бункере воде с растворенным в ней замедлителем в отдельной посуде затворяют гипсовый раствор нор­ мальной консистенции, в другой посуде ■— цементный раствор тоже нормальной консистенции. Равные объемы исходных растворов тщательно перемешивают и определяют сроки схватывания.

Цементный раствор в процессе заливки затворяют обычным спо­ собом.

Смешивание растворов в требуемом объемном соотношении достигается регулированием числа двойных ходов поршней насосов, т. е. изменением числа оборотов двигателей цементировочных агре­ гатов.

Первый объем смеси (1 м3) продавливают водой с растворен­ ным в ней замедлителем, который использовали для затворения гипса.

Широкие промысловые испытания гипсо-цементных смесей пока­ зали их высокую эффективность при изоляции зон поглощения промывочного раствора.

С М Е С И Н А О С Н О В Е Г И П С А

Лабораторные исследования и практика борьбы с поглощени­ ями на промыслах Татарии и Башкирии показали, что для времен­ ной изоляции поглощающих пластов с невысокой температурой (до 25—30° С) можно применять смеси на основе высокопрочного, строительного или водостойкого гипса с добавлением замедлителей сроков схватывания [6,231

11* 163

Сме с и на о с но в е в ы с о к о п р о ч н о г о г и п с а . В качестве замедлителей сроков схватывания растворов высокопрочного гипса применяют ТПФН, буру, нейтрализованный черный контакт (НЧК). Для приготовления смеси замедлитель растворяют в воде, используемой для затворения гипса. Параметры этих растворов приведены в табл. 28. Очевидно, что ТПФН является сильнодейст-

вующим замедлителем, следовательно, при его добавке необходимо точно соблюдать дозировку. Вязкость этих растворов в течение определенного времени с момента приготовления низкая и почти не изменяется до начала загустевания, но сам процесс загустевания проходит за очень короткий срок.

Важным для растворов из высокопрочного гипса является спо­ собность сохранять высокую скорость структурообразования при

строительного гипса применяют с такими замедлителями, как тринатрийфосфат, триполифосфат натрия, КМЦ, ССБ и др. Эти раст­ воры имеют также высокую скорость структурообразования, одна­ ко прочность формирующейся структуры гипсового камня несколь­ ко меньше, чем у растворов высокопрочного гипса.

В табл. 29 приведены свойства некоторых смесей на основе строительного гипса.

Необходимо отметить, что быстросхватывающиеся смеси, при­ готовленные на основе строительного гипса, прошли широкие ис­ пытания на промыслах Татарии и показали высокую эффективность их применения.

164

Т а б л и ц а 29

Сме с и на о с н о в е с п е ц и а л ь н ы х ц е м е н т о в . Для при­ готовления ВСС используют глиноземистые и гипсо-глиноземистые цементы. Глиноземистый цемент получается в результате обжига боксита и известняка (плавлением или спеканием). Основными составляющими глиноземистых цементов являются окись кальция (40%) и окись алюминия (44—45%), значительно меньше в нем кремнезема (12%).

Сроки схватывания глиноземистого цементного раствора, затворенного с водоцементным отношением 0,5, весьма замедлен­ ные (около 10 ч), хотя суточная прочность цементного камня вы­ сокая. Для приготовления БСС 10—20% глиноземистого цемента добавляют в тампонажный.

В табл. 30 приведены основные параметры БСС, получаемых при смешении тампонажного и глиноземистого цементов.

Для смесей глиноземистого и тампонажного цементов в соот­ ношении 20:80, 25:75 и 30:70 предел прочности на изгиб при твердении в пластовой воде равен 14—17 кгс/см2 через 2 сут и 43—45 кгс/см2 через 4 сут твердения.

165

Гипсо-глиноземистый цементный раствор получают путем ввода в клинкер глиноземистого цемента гипса (CaSO-t) и специально из­ готовленного высокоосновного гидроалюмината кальция. Гипсо-гли­ ноземистый цементный раствор является расширяющимся, быстросхватывающимся и быстротвердеющим. Цементный раствор расши­ ряется вследствие образования при его твердении одной из разно­ видностей сульфоалюминатов кальция, а быстрое твердение и ста­ билизация расширения через 1—2 сут объясняется присутствием в значительном количестве глиноземистого цемента.

Начало схватывания смеси из гипсо-глиноземистого цемента, затворенного при водоцементном отношении 0,5, наступает при­ мерно через 0,5 ч, а конец — через 2 ч при прочности на изгиб через 2 сут 32—50 кгс/см2 и линейном расширении 0,1—0,02%,.

Гипсо-глиноземистый цементный раствор имеет высокую стои­ мость, поэтому его применяют в смеси с другими цементами и на­ полнителями. Быстросхватывающуюся расширяющуюся смесь можно получить при добавлении в тапонажный цемент 20—30% вес. гипсо-глиноземистого цемента. Получаемый цементный камень имеет линейное расширение до 5% [23].

В промысловых условиях расширяющийся гипсо-глиноземистый цементный раствор может быть получен путем ввода в глинозе­

Высокую скорость структурообразования имеют смеси глино­ земистого и гипсо-глиноземистого цемента с добавкой бентонита

(табл. 32).

Следует отметить, что из большого числа тампонирующих сме­ сей в каждом нефтяном районе применяют только определенную группу смесей, выбор которой обусловливается наличием в данном районе тех или иных тампонажных материалов и геологическими условиями проходки скважин.

В качестве примера ниже приведено описание типов тампониру­ ющих смесей, разработанных в ВолгоградНИПИнефти и широко применяемых на промыслах Волгоградской области.

166

Для изоляции зон поглощения используют растворы из тампо­ нажного,, глиноземистого, гипсо-глиноземистого и других цемен­ тов с добавками ускорителей схватывания и структурообразования.

Технологические свойства и закупоривающую способность при­ меняемых цементных смесей оценивают по величине пластической прочности в процессе движения и в статическом состоянии. На ос­ нове анализа выделены смеси четырех типов, которые отличаются по характеру изменения структурно-механических свойств во время движения и в покое (табл. 32).

К типу I отнесены смеси, пластическая прочность структуры которых во время перемешивания близка к нулю, а интенсивный рост ее начинается лишь через 15—30 мин после прекращения дви­ жения. Эти смеси состоят из тампонажного цемента с добавлением ускорителей: кальцинированной соды, жидкого стекла и хлористого кальция.

167

К типу II отнесены смеси, пластическая прочность которых при перемешивании не превышает 2—3 гс/см2, а после прекращения движения наблюдается медленный рост структуры. Отличаются они от смесей типа I содержанием бентонита или опоки.

Смеси типа III во время перемешивания приобретают пласти­ ческую прочность 4—6 гс/см2. После прекращения перемешивания наблюдается быстрый рост структуры. Смеси этого типа состоят из глиноземистого цемента и добавок бентонита, опоки и др.

К типу IV отнесены цементные смеси, пластическая плотность структуры которых при перемешивании составляет 10—60 кгс/см2, а после остановки движения характеризуются интенсивным структурообразованием. Такими свойствами обладают смеси тампонаж­

ускорителями сроков схватывания на углеводородной основе (ди­ зельное топливо, нефть) получаются тампонирующие смеси, спо­ собные загустевать только при контакте с водой, замещающей угле­ водородную жидкость. Для получения подвижного и легкопрокачиваемого раствора с высоким содержанием твердой фазы в жидкость вводят поверхностно-активные вещества (крезол, кубовые остатки этилового эфира ортокремниевой кислоты и др.).

Для изоляции зон поглощений широко применяют смеси из 30—40% дизельного топлива, 0,5—1% ПАВ и 6% порошкообразно­ го ускорителя (кальцинированной соды) от веса ускорителя. Для большей прочности цементного камня в состав смеси вводят до 30—50% кварцевого песка. Быстросхватывающиеся смеси получа­ ются при добавлении к цементу 15—20% гипса (алебастра) и до 65% дизельного топлива от веса цемента.

Сроки схватывания нефтецементных растворов можно сокра­ тить, добавляя в них до 25% бентонитового глинопорошка

(табл. 33).

Обычно применяют соляро-бентонито-цементные смеси (СБЦС) следующего состава: 1 м3 дизельного топлива, 1000—1200 кг бенто-

163