1-3 / БТЖ шпоры

45. Гипс как тампонажный материал. В качестве самостоятельного материала используется высокопрочный гипс, представляющий собой полугидрат Са СаSO₄*0.5H₂O. Плотность гипса колеблится от 2,6-2,75 г/см3. Твердение гипса при затворении порошка водой протекает по следующей хим. реакции: 2CaSO₄*0.5H₂O+3H₂O—2CaSO₄*2H₂O. Гипс - быстросхватывающееся вяжущее вещество поэтому при использовании его в качестве основного материала необходимо вводить замедлители схватывания. Скорость схватывания гипса возрастает с повышением температуры до 50 град. При дальнейшем повышении температуры сроки схватывания замедляются, а при 80-90 град гипсовый раствор не схватывается. Механическая прочность на изгиб камня из гипсового раствора уже через 3-5 часов достигает 2,5-3 МПа. Одна из важнейших особенностей гипсового камня его низкая водостойкость. В результате растворения в воде двуводного сульфата Са прочность гипсового камня быстро снижается вплоть до полного разрушения. Если вода содержит соли повышающие растворимость сульфата Са, то прочность гипсового камня снижается быстрее.

47. Синтетические смолы и отвердители. Смолы представляют собой высокомолекуляр­ные органические вещества т.е. полимеры. Размеры молекул обуславливают различные качества синтетических смол и продуктов их твердения. С увеличением относительной молекулярной массы растет прочность веще­ства в твердом состоянии, повышаются темпе­ратуры плавления, снижается растворимость. Большинство органических полимеров имеют низкую теплостойкость не превышающие как правило 100 градусов. Получение синтетических смол сводится к превращению исходных низко­молекулярных веществ в высокомолекулярные. При этом могут протекать реакции полимериза­ции, либо поликонденсации. Полимеризация представляет собой процесс соединения боль­шого числа молекул низкомолекулярного веще­ства. Поликонденсация – процесс образования высокомолекулярных веществ происходящий с выделением побочных продуктов таких как вода, аммиак, хлористый водород. Полимери­зация сопровождается уменьшением объема полимеризующейся массы. Уменьшение объема может достигать 10-12%. Исходные смолы характеризуются составом, условной вязкостью, определяемой по времени вискозиметром ВЗ-4 и величиной рН. Тампонажный камень характе­ризуется внешним видом и пределами прочно­сти на сжатие, разрыв и изгиб. Применяются карбомидные, фенолформальдегидные, синте­тические смолы на основе полиакриламида и гидролизованного гипана (нитрил), а также алкилрезакциновые смолы. Для отверждения карбамидной смолы используется органические или минеральные кислоты (щавелевая, соля­ная, фосфорная). Фенолформальдегидные смолы – продукты конденсации фенола с формальдегидом. Они отверждаются как кислой так и в щелочной средах и в зависимости от соотношения фенола и формальдегида и величины рН могут образовываться либо термопластичные либо термореактивные. Все большее применение находят эпоксидные смолы. В отличие от других смол они обладают значительными преимуществами: продукт твердения стоек к агрессивным воздействиям высокоминерализованных вод, имеет высокие физико-механические свойства, не дает усадки, не выделяет летучих веществ, обладает хоро­шим сцеплением. Наиболее распространены эпоксидные смолы марок ЭД-5, ЭД-6. Они представляют прозрачную жидкость от светло-желтого до коричневого цвета.

48. Синтетический латекс и битумы. Много­компонентная система, получаемая путем эмульсионной полимеризации. Это молочно-белая жидкость плотностью 0,96…0,97 г/см³ с содержанием воды до 56 % и каучука до 37 %. Кроме того, в ее состав входят белки, смолы, сахар и чуток золы. Латекс коагулирует при смешении с растворами солей двух- или трех­валентных металлов, что приводит к образова­нию плотной эластичной каучуковой массы, закупоривающей каналы фильтрации. Для увеличения прочности тампонов в латекс добавляют до 15 % лигнина. Битум применяется как в чистом виде, так и в виде ТС для борьбы с поглощениями. Может быть нефтяной и при­родный, твердый, полутвердый и жидкий. Битумы и битумные смеси используются в расплавленном виде; остывая, они надежно изолируют проницаемую зону ствола. Наилуч­шими тампонирующими и технологическими свойствами обладают битумы с добавкой парафина, цемента, песка, глины.

49. Жидкости затворения. Дисперсной средой ТС служат пресная и минерализованная вода, реже используются СН-жидкости. Наиболее широко применяется пресная вода. Минерали­зованные воды используются при затворении цементных растворов, предназначенных для тампонирования соленосных отложений. Конси­стенция цементных составов, затворенных на растворах солей, намного ниже, чем у затво­ренных на пресной воде. Сроки схватывания изменяются в зависимости от вида и концентра­ции соли. Применяются растворы NaCl, MgCl₂, карнолита (KCl₂^.MgCl₂^.6H₂O). содержание солей в растворах может быть вплоть до насыщения. ТС на основе минерализованной воды имеют повышенные значения плотности и прочности цементного камня, но их коррозионная стой­кость ниже. Минерализованная вода рекомен­дуется в качестве жидкости затворения и для ТС, применяемых в ММП. Причем в этом случае подбирается соль, одновременно сокращающая сроки схватывания. В качестве дисперсной среды ограниченно используются СН-жидкости (нефть, д/т), например, в соляробентонитовых и нефтенасыщенных растворах.

50. Облегчители и утяжелители. Кремнеземи­стые облегчающие добавки. К этой группе добавок состоящих в основном из оксида кремния SiO₂ в аморфном состоянии относятся: диатомит, трепел, опока, селикогель, пурген. Их вводят в количестве 25% и больше. Растворы с этими добавками обладают ускоренными сроками схватывания особенно при повышен­ных температурах. Коррозионная стойкость т. камня в кислых и сульфатных водах также повышенная. Меньшее распространение полу­чили измельченные облегчающие добавки вулканического происхождения: пемза, вулкани­ческие пеплы, туфы, а также карбонатные добавки (мел, известняк), добавки органиче­ского происхождения (пластмассы), облегчаю­щие добавки из промышленных отходов (пыле­видные топливные золы, пыть электрофильт­ров). Утяжелители. Их добавляют к т. раство­рам для получения более высокой плотности. В качестве утяжеляющих добавок применяются кварцевые и магматические пески без предва­рительного их измельчения при этом плотность раствора можно увеличить до 2,2-2,4 г/см3. Для получения более высокой плотности раствора используются порошкообразные материалы применяемые также для утяжеления промывоч­ной жидкости: барит, гематит, магнетит. Для цементных растворов утяжеляющая способ­ность этихминералов зависит не только от их плотности, но и от удельной поверхности порошка. Увеличение тонкости помола утяжели­теля связана с повышением количества воды необходимой для смачивания зерен. При недостаточном количестве раствор не текуч, а увеличение объема воды как легкого компо­нента раствора ведет к понижению его плотно­сти. Но введение в раствор грубодисперсных утяжелителей может вызвать их седиментацию. Которая приводит к серьезным осложнениям при цементировании.

51. Использование песка и наполнителей. Песок вводится в немолотом виде, однако для получения цементо-песчаных смесей низкой плотности при высоких температурах и давлениях помол обязателен. В ряде случаев, особенно при получении шлаковых цементов, песок добавляют в клинкер при помоле. При добавлении песка сокращается расход цемента, повышается коррозионная и термоустойчивость, сохраняется и, иногда, повышается прочность камня. Сроки схватывания раствора при введении немолотого песка увеличиваются. С повышением тонкости помола кварцевого песка возрастает удельная поверхность, следовательно, и активность, что приводит к сокращению сроков схватывания (особенно при высоких температурах). Наполнители применяются в ТС, используемых для борьбы с поглощениями. Концентрация их составляет 25…50 кг/м³. Наиболее эффективны хлопьевидные или пластинчатые материалы – целлофан, слюда с размером частиц до 5 мм, также эффективны комбинированные добавки (хлопьевидные и зернистые). Наполнители ухудшают прочностные характеристики ТК.

52. Ускорители и замедлители СС. Ускорители – это в основном электролиты и такие вяжущие, как гипс и глиноземистый цемент, часто эффективность воздействия определяется количеством применяемого электролита. При некоторых концентрациях соль выступает в роли замедлителя. На характер действия электролитов влияют условия обработки, состав цемента и др. Хлористый кальций – наиболее распространенный ускоритель, вводимый в количестве до 5 %, а в пастах его содержание может достигать 15 %. При введении в больших концентрациях он снижает прочность ТК, усиливает коррозию ОТ и увеличивает вязкость ТС. KCl вводится в количестве 3-4 %, повышает реологические свойства ТС. Na₂SiO₃ – до 15 %, сильный ускоритель, интенсивно повышает реологические свойства. K₂CO₃ - хорошо растворяется в воде, до 5 %. Применяется для ускорения схватывания растворов при отрицательных и низкоположительных температурах. В быстросхватывающихся смесях концентрация его может достигать 15 %. NaCl – ускоряет схватывание и твердение при дозах до 5 %, при этом улучшается подвижность ТС, сцепление его со стенками скважины, сложенными галогенными и глинистыми породами. Используется для снижения температуры замерзания ТС, но доза при этом увеличивается. При добавлении выше 10 % NaCl выступает как замедлитель. Na₂CO₃ – сильный ускоритель для малоактивных цементов, не более 5 %, применяется при низкоположительных температурах. Аскарид – получают путем смешивания асбеста с NaOH при 200⁰С. Сильный ускоритель схватывания и твердения цементо-бентонитовых смесей, доза 2 %. Применяются и другие ускорители – щелочи, алюминат Na, AlCl₃. Все ускорители вводят с водой затворения. Использование ускорителей требует быстрой доставки ТС к месту тампонирования. Замедлители – используются в растворах, предназначенных для цементирования глубоких или высокотемпературных скважин. Применяются, в основном, электролиты и органические вещества. Последние обладают также и пластифицирующими свойствами.

53. Пластификаторы и понизители водоотдачи. Пластификаторы применяют для повышения текучести. ССБ (1,5 %), КССБ (1 %), активированный гидролизный лигнин (1 %), полифенол (0,3%), сульфанол (для цементных растворов на глинозем-цементной основе). Вводят с водой затворения. Понизители водоотдачи являются стабильными дисперсными системами. Бентонитовая глина – доза 5-10 % от массы цемента, снижает водоотдачу в 3-4 раза. Полиакриламид – доза 0,3 %, снижает ВО в 10-30 раз. Введение его сопровождается повышением вязкости, поэтому вводится с кальцинированной содой (3 %) или с бихроматами (3 %). ГИПАН (для гельцементных растворов) – 1,5 %. КМЦ – снижает ВО в 3-4 раза. КССБ – (для шлаковых и обычных цементов) – 2 %, снижает ВО в 5-7 раз, повышает прочность связи камня с трубами. Нитролигнин.

54.ТС на основе цемента. Это твердеющие дисперсные системы, простейшие из которых представляют собой смесь цемента и воды. Свойства раствора и тампонажного камня регулируются в широких пределах путём применения добавок и реагентов. При добавке полимеров – полимерцементные. Иногда в названии отражается и вид полимера. При введении глины в цементный раствор – гельцементные. В то же время небольшие добавки глины используемые для повышения седиментационной устойчивости и для понижения водоотдачи могут не отражаться в названии. Цементные растворы с добавкой активного ускорителя могут называться быстросхватывающейся смесью. Такое же название может иметь и тампонажный раствор другого состава. Всё это приводит к многообразию цементных растворов. Особенность цементных растворов – их затвердевание, которое протекает в сложных физико-химических превращениях при взаимодействии цемента с водой затворения.

55. Образование цементного камня. Контракция. Образование тампонажного камня из растворов на основе цементов связано с образованием 3-х кальциевого гидроаллюмината. Процесс этот протекает в два этапа: 1-й этап – индукционный: В начальный момент затворения цемент эффективно взаимодействует с водой, затем наступает период замедления этих процессов. В это время цемент представляет собой пластичную массу. Одновременно в результате химического взаимодействия веществ появляются гидратные новообразования, в системе образуется коагуляционная структура, на этом завершается 1-й этап. Пластическая прочность к этому моменту низкая. Система тиксотропна. Связи между частицами обеспечиваются через гидратные оболочки. После механического перемешивания эти связи восстанавливаются. Разрушение структуры не приводит к вредным последствиям. 2-й этап характеризуется возникновением и развитием кристаллической структуры 3-х кальциевого гидроаллюмината. Поверхность и объём частиц возрастает настолько, что возникают межмолекулярные связи между ними, этот процесс сопровождается интенсивным нарастанием прочности структуры. Связь между частицами прочная. Разрушение структуры на этом этапе приводит к уничтожению контактов срастания. Если перемешать раствор в достаточно поздний период твердения, то тампонажный камень может не образоваться. Прореагировав, цементный раствор может превратиться в рыхлую массу, если перемешивание продолжается длительное время. Если перемешивание прекращается во время 1-го этапа, то оно не препятствует схватыванию. Напротив, камень в этом случае получается более плотный и прочный. Продолжение перемешивания во 2-ой период приводит к разрушению структуры, и даже кратковременная остановка приводит к схватыванию раствора и полной потери подвижности. В процессе цементирования загустевание раствора может привести к такому росту давления в нагнетательной линии, которое превысит возможности бурового насоса. Увеличение температуры ускоряет процесс схватывания цементного раствора. При понижении процесс замедляется. Растворение в жидкой фазе отдельных частиц цемента снижает температуру замерзания цементного раствора и делает возможным твердение раствора при температурах ниже 0С. Полностью гидратация прекращается при температуре около -10С . Воздействие давления также сокращает сроки схватывания цементных растворов. Одновременное действие давления и температуры ещё более интенсифицирует схватывание. Превращение цементного раствора в камень сопровождается контракцией - это сокращение суммарного объёма цемента и воды в процессе гидратации, что обусловлено перестройкой кристаллических решёток исходных минералов клинкера при их гидратации. Различают физическую и химическую контракцию. Преобладает химическая. Внешняя контракция проявляется поглощением воды или газа твердеющим цементным раствором. При полной гидратации цементных зёрен поглощение прекращается. Максимальное количество поглощаемой воды составляет 7-9 мл на 100гр. цементного раствора, и зависит от активности цемента. Чем выше активность цемента, тем выше контракция. У высокоактивных цементов через 28 суток твердения контракция достигает 50-60% от предельной. Цементы низких марок к этому сроку имеют контракцию 30-40% от предельной. При твердении цементных растворов, находящиеся в соприкосновении буровые растворы и их фильтрационные корки обезвоживаются. Это объясняет явление – нарушение герметичности. Поэтому при выборе свойств цементного раствора и при их регулировании необходимо считаться с возможными при этом характеристиками цементного камня.

56. Гельцементные растворы. Представляют собой цементные растворы на основе глины. Содержание бентонита может доходить до 20% от массы цемента, менее качественные глины могут вводиться в большем количестве. Добавка глины загущает цементный раствор, даёт возможность повысить ВЦО и снизить плотность. При этом удлиняются сроки схватывания, увеличивается проницаемость и снижается прочность цементного камня. Гельцементные растворы применяют для борьбы с поглощениями. Они обладают ярко выраженной структурной вязкостью. Свойства этих растворов дополнительно регулируются введением реагентов. Глину в гельцемент вводят в виде порошка. Свойства быстросхватывающихся гельцементов легче регулируются, если смесь готовится на глинистом растворе, в котором глинистая фаза распустилась полностью.

57. Быстросхватывающиеся смеси (БСС) и сухие составы. БСС: Основной компонент БСС – портландцемент. БСС применяют главным образом для борьбы с поглощениями и для установки цементных мостов. Получают их:1-снижением ВТО с одновременным введением ускорителя схватывания; 2-Введением активных добавок; 3-комбинации 1и2. В зависимости от соотношения твёрдой фазы, воды и ускорителя схватывания консистенция БСС изменяется в широких пределах вплоть до непрокачиваемости. Для повышения подвижности добавляют пластификаторы. Состав, консистенция и сроки схватывания БСС, во многом определяются способом её приготовления и доставки в скважину. Консистенция БСС приготовленных на поверхности и закачиваемых по бурильным трубам до начала схватывания может быть такой, как у обычных цементных растворов. При доставке БСС в колонковых трубах, они могут иметь консистенцию пасты. При приготовлении БСС в скважине в специальных устройствах, либо путём раздельной закачки компонентов, можно получить мгновенно схватывающиеся смеси. ВТО БСС может составлять 0,25-0,35, особенно, если их приготавливают в тампонажных устройствах. Снижение ВТО приводит к более активному действию ускорителей схватывания. Наиболее широко распространены БСС с добавками алебастра, гипса, жидкого стекла, хлористого кальция, синтетических смол, и т.д. Добавки твёрдых активных компонентов достигают- 20-25%, жидкого стекла-10-15%, хлористого кальция-4-6%. Сухие тампонажные составы: Представляют собой смеси порошкообразных тампонажных материалов, которые спускаются в скважину в водонепроницаемых контейнерах, и затворяются пластовой водой или промывочной жидкостью в процессе разрушения контейнера буровым инструментом. Использование сухих тампонажных материалов называют «сухое» тампонирование. Наиболее распространён состав: 40-50% глинозёмистого тампонажного цемента, 50-60% гипса(алебастра). Сухие тампонажные составы применяют для изоляции трещиноватых поглощающих горизонтов.

58. Нефтецементные растворы. Состоят из цемента и нефти(или диз. топлива). Нефть(ДТ) берутся в количестве 40-50% от массы цемента. Для повышения растекаемости такого раствора, в него добавляют до 2% ПАВ(крезол, нафтенат кальция). При смешивании с водой нефтецементный раствор превращается в камень. Углеводородная фракция вытесняется водой в процессе контакта с пластовыми водами. Т. к. твердение происходит при недостатке воды, цементный камень отличается высокой прочностью. Преимущества нефтецементного раствора – это его несхватываемость при отсутствии воды, это позволяет доставлять раствор на различные глубины. Нефтецементные растворы применяют при цементировании скважин в условиях трещановатых коллекторов.

59. Цементно-песчаные смеси. Их применяют для разобщения проницаемых горизонтов в высокотемпературных скважинах; для борьбы с поглощениями промывочной жидкости и при ликвидационном тампонировании. При твердении в нормальных условиях эти смеси дают камень пониженной прочности, т.к. немолотый песок при небольших температурах играет роль инертного наполнителя. Коррозионная стойкость несколько увеличивается. С увеличением температуры твердения прочностные свойства и коррозионная стойкость камня увеличиваются. Свойства смеси и тампонажного камня определяются ВТО, качеством цемента, размерами частиц песка и соотношением массового состава цемента и песка. Соотношение цемента и песка в зависимости от назначения смеси может изменяться от 1:1 до 1:3. Увеличение дозировки песка требует понижения ВТО. ВТО может доходить до 0,25. Цементнопесчаная смесь менее стабильна, чем цементные растворы.

60. Битумные ТС. Представляют собой расплавленный битум с различными добавками и наполнителями. В качестве наполнителя используют песок, глину, и т.п. Введение наполнителей снижает растекаемость смеси по поглощающим каналам, сокращает расход, улучшает разбуриваемость битумной пробки. Процент добавки наполнителя подбирается в зависимости от величины каналов поглощения. Например, при наличии в зоне поглощения крупных трещин и каверн, следует вводить до 50% наполнителя. Глину и цемент вводят с добавками эмульгаторов. В качестве эмульгаторов рекомендуется использовать кальцинированную, либо каустическую соду. Масса эмульгатора составляет 2%, пластификаторы 5% от массы битума. Битумы и битумные смеси являются достаточно эффективными тампонажными материалами. Недостатки: необходимость использования дополнительного оборудования для разогрева битумных составов, пожароопасность.