Министерство образования российской федерации

государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ НЕФТИ И ГАЗА

Кафедра «Бурение нефтяных и газовых скважин»

Конспект лекций по дисциплине

«Физико-химические процессы твердения и коррозии цементного камня»

для специальности 090800 «Бурение нефтяных и газовых скважин»

составители:

Овчинников В.П.

Аксенова Н.А.

Тюмень, 2004

ЛЕКЦИЯ 1 .

Тампонажные материалы для крепления скважин

Содержание

1. Значение тампонажных растворов при бурении скважин. Классификация вяжущих веществ.

2. Тампонажный портландцемент

3. Клинкер и его химический, минералогический составы

4. Производство портландцемента

1. Значение тампонажных растворов при бурении скважин. Классификация вяжущих веществ.

Конечной целью бурения скважин является создание долговечного, прочного изолированного канала, связывающего продуктивный пласт с дневной поверхностью. Решающее значение при проводке скважин имеют тампонажные материалы, применяемые для крепления стенок скважины и разобщения пластов.

Способность тампонажных растворов к структурообразованию и твердению – основа их применения для цементирования.

Требования к тампонажным материалам для цементирования нефтяных и газовых скважин в основном определяются геолого-техническими особенностями их проводки. Выбор тампонажного материала сложен и основывается на следующих требованиях:

• тампонажный раствор должен оставаться подвижным во время транспортирования в заколонное пространство;

• после прекращения закачивания должен затвердеть, образуя безусадочный камень с определенными физико-механическими свойствами.

Поскольку скважина является сложной системой, где с глубиной меняются температура и давление, имеются поглощающие и высоконапорные пласты, а также пласты с высокоминерализованными водами, нефтью и газом, то в таких условиях один и тот же тампонажный раствор не может быть приемлемым. Один тип цемента не может отвечать всем этим требованиям.

Поэтому цель настоящей дисциплины изучить свойства тампонажных материалов, их разновидности и особенности. Изучить физико-механические свойства раствора и камня и научиться их изменять. Изучить добавки к тампонажным материалам такие как: ускорители и замедлители схватывания, расширяющие, облегчающие и утяжеляющие добавки, добавки, снижающие водоотделение и водоотдачу тампонажного раствора, добавки повышающие устойчивость цементного камня к действию температур и различных видов коррозии и многие другие виды добавок.

Длительный опыт бурения скважин показал, что наиболее эффективным материалом для создания искусственной крепи являются минеральные вяжущие вещества.

В общем случае, минеральными вяжущими веществами называются тонкодисперсные порошки моно- или полиминерального состава, которые при затворении водой или растворами солей способны образовывать коагуляционные и кристаллизационные структуры, обладающие определенной прочностью и долговечностью.

По способности вяжущих веществ образовывать структуру они делятся на три группы:

1. Воздушные вяжущие вещества - это вещества, способные твердеть и. длительно сохранять свою прочность только на воздухе. К этой группе относятся гипсовые, известковые, магнезиальные вяжущие вещества и кислотоупорный цемент. Из них в практике бурения скважин используются гипсовые и магнезиальные вяжущие;

2. Гидравлические вяжущие вещества - это вещества, способные твердеть и длительно сохранять свою прочность, как на воздухе, так и в воде. К этой группе относятся портландцемент и его разновидности, цементы на шлаковой основе, глиноземистые цементы и др.;

3. Вяжущие гидротермального твердения - это вещества, способные образовывать искусственный камень только в гидротермальных условиях (при высоких температурах и давлении). К этому типу относятся известково-кремнеземистые, белито-кремнеземистые, шлакопесчаные составы и др. Все рассмотренные вяжущие относятся к вяжущим гидратационного твердения, т.е. для получения твердого камня из них требуется затворение вяжущего водой, только в первом случае твердение происходит на воздухе, во втором в воде, в третьем – в воде при температуре и давлении.

Тампонажными называются материалы, которые при затворении с водой образуют суспензии, способные в условиях скважины превращаться в практически непроницаемое твердое тело.

Под тампонажным материалом понимают в основном вяжущее с вводимыми для регулирования его технологических свойств добавками. Тампонажный материал, будучи смешанным, с жидкостью затворения, образует тампонажный раствор. Состав тампонажного раствора определяется отношением массы воды затворения к массе тампонажного материала - водотвердым отношением. Добавки в состав тампонажного материала раствора вводятся для регулирования его технологических свойств и изоляционных свойств формирующегося в заколонном пространстве камня.