6. Проницаемость цементного камня.

С точки же зрения обеспечения надежной изоляции пластов на протяжении длительного периода эксплуатации скважины более важным параметром, при условии отсутствия перетоков по контактам колонно-цементный камень и цементный камень-порода, является проницаемость цементного камня. Ибо возникновение межпластовых перетоков газа, воды или нефти в этом случае будет связано с перемещением флюидов через цементный камень, обладающий повышенной проницаемостью для пластовых флюидов. Поэтому основное внимание должно уделяться именно проницаемости. В ГОСТе же и в технических условиях требования к величине проницаемости не определены. Нет также и единой общепринятой методики ее определения.

Проницаемость образцов цементного камня, в зависимости от условий твердения, изменяется в довольно широком интервале. По мере превращения жидкого раствора в пластическое и твердое состояние, проницаемость образующейся системы непрерывно будет изменяться. В начальной стадии кристаллизации, когда образовавшаяся масса находится в пластическом состоянии, проницаемость будет исчисляться несколькими десятками дарси. По мере развития кристаллической структуры и новообразований проницаемость системы уменьшается до нескольких миллидарси и в дальнейшем стремится к своему пределу.

Реально же, в силу специфики условий скважины, проницаемость камня получается очень высокой. Наглядно это было показано на образцах цементного камня, взятых из скважины. Основная масса цементного камня представлена мелкозернистыми частицами гидросиликатов кальция размером 1-2 мм. Кроме них в камне присутствуют беспорядочно расположенные сростки клинкерных минералов (негидратированные участки цементного камня), на долю которых приходится 15-20 % пробы. На аншлифах под микроскопом видно большое количество пор неправильной формы. Поры часто соединены между собой. Их размер от - 33 до 175 мкм. Отмечены также более крупные поры размером до 1,8 мм, которые переходят в густую сеть мелких пор. Площадь пор составляет 25 - 30 % от площади аншлифов. Поры (размером 0,05 - 0,5 мм) встречаются редко и распределены в цементном камне неравномерно. Основная часть крупных пор сообщается между собой тонкими канальцами через мелкие поры.

Образование камня с высокой проницаемостью, естественно, приведет к межпластовым проявлениям, потере значительного количества добываемого сырья, загрязнению окружающей среды и т.д. Для предотвращения нарушения герметичности затрубного пространства по камню необходимо иметь его проницаемость ниже проницаемости пород, слагающих кровлю и подошву пласта.

7. Сцепление цементного камня с обсадными трубами

Качественная изоляция продуктивных горизонтов и крепление стенки скважин часто связывают со сцеплением твердеющего цементного раствора и камня с породами и металлом обсадных труб. Однако нормы и требования к этому параметру не оговариваются гостом.

Процессы взаимодействия цемента с породой и металлом сложны и определяются физико-химическими свойствами цемента, природой металла и пород, адгезией, химическим сродством и условиями твердения цементного раствора.

В.Ф. Журавлев и Н.Н. Штейнер установили, что в контактном слое цемента с железом происходят реакции, сопровождающиеся образованием полукальциевого феррита, благодаря уплотнению которого и старению с течением времени сцепление возрастает.

А.И. Булатовым установлено, что покрытие колонны обработанным и не обработанным глинистым буровым раствором сцепление снижается до нуля. Высокие температуры и давление не способствуют возрастанию сцепления цементного раствора с колонной покрытой буровым раствором.

Удержание колонны в статическом состоянии в скважине при наличии цементного камня в заколнном пространстве обуславливается главным образом силами трения, возникающими на поверхности труб – цементный камень, а также многочисленными неровностями на трубах (муфты и т.д.) и непрямолинейностью колонны. Учитывая, что обсадная колонна всегда в известной степени искривлена, следует предполагать, что даже при незначительном сцеплении она не может быть сдвинута с места. Сцепление, обусловленное химичесими процессами на контакте сталь – цемент, если и происходит в некоторых участках скважины, то значение их безусловно не велико.