дают ускоренно схватывающиеся растворы, а добавки шлаковых: цементов уменьшают сроки схватывания. Значительно снижают­ ся сроки схватывания цементных растворов при добавках гипса (алебастра). При этом резко уменьшаются растекаемость к прочность цементного камня, особенно в начальный период твер­ дения. Увеличивая содержание гипса, можно получить быстросхватывающуюся смесь.

Регулирование водоотдачи обычно сводится к ее уменьше­ нию, для чего используются добавки глины и органических ре­ агентов. Повышенная водоотдача цементного раствора может привести к осложнениям в процессе цементирования, так как -при обезвоживании состава ухудшается прокачиваемость рас­ твора и растет давление в насосах.

Регулирование реологических показателей также заключа­ ется в их снижении путем введения пластификаторов и реаген­ тов-стабилизаторов. Эта задача особенно актуальна при исполь­ зовании растворов с повышенным содержанием твердой фазы и уменьшенными сроками схватывания.

Регулирование коррозионной стойкости сводится к введению высокомолекулярных добавок (КМЦ, гипана, ПАА) в портланд­ цемента, что уменьшает скорость выщелачивания извести. Ш ла­ ковые цементы характеризуются низким содержанием извести, поэтому выщелачивание извести из них понижено. Д ля уменьшения сероводородной агрессии ограничивается содержание в цементе окислов железа, марганца и других металлов. Умень­ шение до 5% трехкальциевого алюмината ограничивает суль­ фатную агрессию.

В пластовых водах с высоким (более 1000 мг/л) содержани­ ем ионов магния стойкость цементного камня повышается, если использовать смесь портландцемента и доменного шлака гру­ бого помола в соотношении от 1:1 до 1:3 .

Регулирование объемных изменений при твердении достига­ ется добавками расширяющегося цемента и сводится к сохра­ нению и некоторому увеличению объема цементного камня* Расширение цементного камня в процессе твердения способству­ ет уплотнению глинистой корки на стенках скважины и повы­ шению надежности герметичности затрубного пространства. Оп­ тимальным считается расширение 1—2%.

Активация цементных растворов

В последнее время разрабатывают и начинают применять

личают следующие методы активации: 1) вибрацию; 2) допол­

Сущность первых четырех методов активации сводится к до­ полнительному диспергированию частиц цемента.

Сущность обработки электрическим полем сводится к сле­ дующему. При наложении на цементный раствор знакоперемен­ ного постоянного тока происходят электроосмос, электрофорез* электролиз, поляризация и ориентация частиц. Эти явления су­ щественно влияют на растворимость минералов, скорость коагу­ ляции и несколько изменяют свойства воды.

Действие магнитного поля связано со структурными изме­ нениями в веществе, возникающими в результате ориентирую­ щего или поляризующего действия магнитного поля. Структура* возникшая при перемещении воды в магнитном поле, не ста­ бильна. В целом магнитная обработка сокращает сроки схваты­ вания и увеличивает прочность цементного камня.

Магнитомеханическое воздействие сводится к обработке це­ ментных растворов магнитным полем и ферромагнитными те­ лами. При этом снижается водоотдача, несколько возрастают сроки схватывания, увеличивается прочность цементного камня.

Активация позволяет получить цементные растворы удовлет­ ворительного качества из лежалых цементов.

Приготовление цементных растворов

Небольшие объемы раствора готовят вручную или с по­ мощью буровых насосов. Для получения больших количеств раствора применяют цементно-смесительные машины со смеси­ тельными устройствами вакуумно-гидравлического типа. При бурении нефтяных и газовых скважин используют цементно-сме­ сительные машины СМ-10, 2СМН-20, СПМ-20, 2АС-20 с бунке­ ром вместимостью 10 и 20 т цемента.

Д ля разведочного бурения больше подходит цементно-смеси­ тельная машина СМ-4М, предназначенная для транспортирова­ ния сухого цемента на буровую установку и механизированного приготовления цементного раствора. Объем бункера 3 т цемен­

укомплектованы глиномешалками, последние также могут быть использованы для механического приготовления цементных рас­ творов.

Необходимое количество сухого цемента qn в кг на 1 м3 це­ ментного раствора с водоцементным отношением В/Ц вычисля­ ется по следующей формуле:

<7ц= РцРвЛРв+ (Я /Д ) РцЬ (XII. 1).

Необходимый объем воды в м3 на 1 м3 цементного раствора

vB= q(B/U)lpB. (XII.2),

и при приготовлении других тампонажных составов, кроме син­ тетических смол.

§ 2. ГЕЛЬЦЕМЕНТНЫЕ РАСТВОРЫ

Гельцементы представляют собой цементные растворы с до­ бавками глины, обычно бентонитовой. Содержание бентонита может доходить до 20% от массы цемента, менее качественные глины могут вводиться в большем количестве. Добавка глины загущает цементный раствор, дает возможность значительно по­ высить водоцементное отношение (до 1) и снизить плотность. При этом удлиняются сроки схватывания, повышается прони­ цаемость, снижается устойчивость цементного камня.

Гельцементные растворы применяют чаще всего для борьбы с поглощениями.

Они обладают ярко выраженной структурной вязкостью, минимальное значение которой 1,0—2 П а-с. С ростом темпера­ туры наблюдается тенденция к повышению вязкости.

Свойства этих растворов дополнительно регулируются реа­ гентами.

Глину в гельцемент вводят в виде порошка, однако в этом случае она плохо размешивается. Кроме того, с течением вре­

мени смесь очень быстро загустевает (до непрокачиваемости), так как непрерывно происходит процесс распускания глины в жидкой фазе. Свойства быстросхватывающихся гельцементов легче регулируются, если смесь готовится на глинистом раство­ ре, в котором глинистая фаза распустилась полностью.

§ 3. БЫСТРОСХВАТЫВАЮЩИЕСЯ СМЕСИ (БСС) И СУХИЕ СОСТАВЫ

борьбы с поглощениями и установки цементных мостов в сква­ жине. Они могут быть получены следующим образом: 1) умень­ шением водотвердого отношения с одновременным введением ускорителя схватывания; 2) введением активных добавок: гип­ са, алебастра, гипсоглиноземистого и глиноземистого цементов

идр.; 3) комбинацией перечисленных выше способов.

Взависимости от соотношения твердой фазы, воды и уско­ рителя схватывания консистенция БСС изменяется в широких пределах (вплоть до непрокачиваемости). Для повышения по­ движности, с тем чтобы БСС можно было доставить в зону по­ глощения закачкой через бурильные трубы, добавляют пласти­ фикаторы.

Состав, консистенция и сроки схватывания БСС во многом юпределяются способом ее приготовления и доставки в скважи­ ну. Консистенция БСС, приготовляемых на поверхности и за ­ качиваемых по бурильным трубам, до начала схватывания мо­ ж ет быть такой, как у обычных цементных растворов. При до­ ставке БСС в колонковых трубах, они могут иметь консистен­ цию нерастекающейся пасты. При приготовлении БСС в сква­ жине в специальных тампонажных устройствах или раздельной закачкой исходных компонентов можно получить мгновенно «схватывающуюся смесь. Соответствующим образом подбирают компоненты и их концентрацию.

Водотвердое отношение БСС может составлять 0,25—0,35, особенно если их приготовляют в тампонажных устройствах. Уменьшение водотвердого отношения приводит к более активно­ му действию ускорителей схватывания.

Наиболее широко распространены БСС с добавками але­ бастра, гипса, извести, смесей цементов, жидкого стекла, хло­ ристого кальция, синтетических смол с отвердителями и их ком­ бинации. Добавки твердых активных компонентов достигают

20—25%, жидкого стекла— 10— 16%, хлористого кальция —

базе тампонажного портландцемента: 1) 1000 кг тампонажного •цемента, 500 л воды, 150 кг глиноземистого цемента, начало «схватывания 45 мин, конец— 120 мин; 2) 1000 кг тампонажного цемента, 600 л воды, 100 кг алебастра, начало схватывания

5 мин, конец — 35 мин; 3) 1000 кг тампонажного цемента, 450 л воды, 150 кг жидкого стекла, начало схватывания 1 мин, ко­ нец— 15 мин и т. д.

Сухие тампонажные , составы представляют собой смеси по­ рошкообразных тампонажных материалов, которые опускают в скважину в водонепроницаемых контейнерах (полиэтиленовых мешках, цементных стаканах) и затворяют пластовой водой или промывочной жидкостью в процессе разрушения контейне­ ров буровым инструментом. Использование сухих тампонажных составов получило название способа «сухого» тампонирования. Наиболее распространенные составы: 40—50% глиноземистого или активированного тампонажного цемента и 60—50% гипса или алебастра. Известны и полимерцементные составы, пред­ ставляющие собой смесь цемента с порошкообразной смолой, например параформальдегидом и резорцином.

Сухие тампонажные составы применяют для изоляции тре­ щиноватых поглощающих горизонтов.

§ 4. НЕФТЕЦЕМЕНТНЫЕ РАСТВОРЫ

Нефтецементные растворы состоят из цемента и нефти или дизельного топлива в количестве 40—50% от массы цемента. Д ля повышения растекаемости такого раствора в него добавля­ ют до 2% поверхностно-активных веществ: димера, крезола, нафтенафта кальция и др. При смешивании с водой нефтеце­ ментный раствор теряет подвижность и превращается в камень.

Углеводородная фракция вытесняется водой в процессе кон­ такта с пластовыми водами и последующей диффузии. Так как твердение происходит при недостатке воды (20—25% ), цемент­ ный камень отличается высокой прочностью. Преимущество нефтецементного раствора — его несхватываемость при отсутст­ вии воды, что позволяет безопасно доставлять раствор на боль­ шие глубины.

Нефтецементные растворы применяют при цементировании скважин в условиях трещиноватых коллекторов, а также для ликвидации поглощений промывочной жидкости.

§ 5. ЦЕМЕНТНО-ПЕСЧАНЫЕ СМЕСИ

Цементно-песчаные смеси применяют для разобщения про­ ницаемых горизонтов в высокотемпературных скважинах, для борьбы с поглощениями промывочной жидкости, при ликвида­ ционном тампонировании. При твердении в нормальных усло­ виях эти смеси дают камень пониженной прочности, так как не­ молотый (естественный) песок при небольших температурах иг­ рает роль инертного наполнителя. Коррозионная стойкость кам­ ня несколько повышенная. С увеличением температуры тверде­ ния прочностные свойства и коррозионная стойкость камня воз­ растают.

Свойства смеси и тампонажного камня определяются водотвердым отношением, качеством цемента, размерами частиц песка, соотношением массового состава цемента и песка. По­ следнее в зависимости от назначения смеси может изменяться от 1 1 до 1:3 . Увеличение дозировки песка требует понижения водотвердого отношения, которое может доходить до 0,25.

Цементно-песчаная смесь менее стабильна, чем цементные растворы, готовится вручную, а также с помощью цементно­ смесительных машин.

§ 6. ЦЕМЕНТНО-СУГЛИНИСТЫЕ СМЕСИ

Цементно-суглинистые смеси применяются ограниченно, глав­ ным образом при ликвидационном тампонировании. При тверде­ нии в нормальных условиях они дают камень с очень низкими прочностными характеристиками, но с удовлетворительной про­ ницаемостью. Свойства смеси и камня определяются качеством цемента и суглинка, водоцементным фактором, отношением це­ мента и суглинка, которое может доходить до 1:2 . Водотвердое отношение зависит от качества суглинка, цемента и от их соот­ ношения, оно изменяется от 0,5 до 0,8. Цементно-суглинистые смеси более стабильны, чём цементно-песчаные, но при том же водотвердом отношении прокачиваются хуже.

§ 7. ГИПСОВЫЕ РАСТВОРЫ

Гипсовые растворы — быстросхватываюгциеся составы, ис­ пользуются для цементирования кондукторов и борьбы с погло­ щениями промывочной жидкости. Их готовят обычно на поверх­ ности. При водотвердом отношении, нормальном для цементных растворов (0,45— 0,5), сроки схватывания гипсовых смесей из­ меряются минутами, а растекаемость составляет 10— 12 см. Для получения раствора с растекаемостью более 16 см водогипсовое отношение принимается не менее 0,65—0,7 и даже 0,9, при этом сроки схватывания остаются очень малыми (начало схватыва­ ния до 20 мин). Гипсовый камень отличается довольно низкой прочностью и малой коррозионной стойкостью.

Гипсовые и гипсоцементные растворы могут затворяться на дизельном топливе, что делает их несхватывающимися вплоть до контакта с водой. Процесс вытеснения дизельного топлива и последующее твердение гипса протекают в скважине за 10—-

12мин.

§8. ИЗВЕСТКОВЫЕ РАСТВОРЫ

Известковые растворы используются только с добавками, в основном пуццолановыми. Чаще всего в качестве наполнителя применяется песок, реже зола в соотношении от 1 :2 до 1:4 . Такие растворы получили название известково-песчаных илииз-