9.6 Полимерные тампонажные смеси

Большую группу тампопажных смесей составляют полимерные растворы.

Особое место среди них занимают водонаполненные полимерные тампонажные смеси. При использовании снарядов со съемными керноприемниками (ССК) зазоры между бурильной колонной и керноприемником весьма незначительны. Прокачивание жидкости через такую колонну требует большого давления, как внутри бурильной колонны, так и в затрубном пространстве, где также невелик зазор. Повышенное давление раствора приводит к гидроразрыву пласта и снижению устойчивости стенок скважин.

Для снижения давления раствора при закачивании его в зону осложнения созданы низкоструктурные тампонирующие смеси малой плотности на основе полимеров. Плотность таких растворов может быть доведена до 1050 кг/м³, а вязкость приближена к вязкости воды. Наряду с высокой проникающей способностью растворы обладают рядом других положительных свойств: способностью фильтрата отверждаться совместно с глинистой коркой и породой, легкостью управления сроками загустевания, высокой коррозионной стойкостью и долговечностью тампонажного камня; примечательной особенностью водонаполненных полимерных растворов является то, что тампонажный камень Может быть сформирован из промывочной жидкости.

Принцип твердения полимерных растворов основан на сшивании полимеров (чаще всего линейного строения) ионами электролитов в виде пространственных сеток. В качестве таких электолитов обычно используют комплексообразователи типа хроматов и бихроматов с добавками восстановителя: сульфида, бисульфита, гипосульфита натрия, многоатомных спиртов, гидрохинона и др.

Процесс сшивания происходит в результате инициирования (восстановления) макромолекул полимера (ROOH→RO), восстановления хромат-иона (Сr⁶⁺→Сr³⁺) восстановителем (S2²⁺O3^2-->S⁶⁺O4^2-) и последующего взаимодействия инициированных макромолекул с хромат-ионом.

Время сшивания (загустевания) растворов регулируют концентрацией компонентов и рН раствора.

К числу таких растворов можно отнести рецептуру хромлигно-сульфонатной тампонирующей смеси, разработанную Днепропетровским ИМР. Она представляет собой смесь глинистого раствора сульфит-спиртовой барды (ССБ) и раствора бихромата натрия. При твердении таких смесей образуется масса, подобная твердой резине с прочностью на сжатие от 0,4 до 3 МПа. Содержание компонентов: 40-50 частей глинистою раствора плотностью 1,7-1,8 г/см3, 20-30 частей 30 %-го раствора бихромата натрия плотностью 1,25 г/см 25-30 частей ССБ, плотностью 1,25 г/см³ Плотность тампонажной смеси - 1,5-1,6 г/см³, растекаемость - 25 см и более, сроки схватывания от 6 до 20 часов.

В ПГО "Южгеология" разработаны несколько рецептов водонаполненных тампонажных смесей на основе полиакриламида, гипана и других полимеров.

Состав тампонажной смеси на основе ПАА: 0,75-1,0 % ПАА (по массе), 0,75-1 % бихромата натрия, 60-70 % гипосульфита натрия от содержания-бихромата натрия. Управлять сроками загустевания можно при помощи щавелевой кислоты (0,1-0,3%).

Состав тампонажной смеси на основе гипана: 1 часть - гипана, 0,7-1,0 частей бихромата аммония, 0,5-0,7 частей гипосульфита натрия, 0,4-0,45 частей едкого натра (от массы полимера). Прочность полученного камня на сдвиг 7 % гелей - 1,4 МПа.

Существует много других рецептур полимерных смесей, сшитых катионами электролитов. Наиболее распространены следующие рецептуры:

1. Раствор ПАА 1,5-3%-й концентрации (70-90%) плюс раствор Al₂(SO₄)₃ 20-40 %-й концентрации (10-30%).

2. Раствор ПАА 1,5-3%-й концентрации (70-80%) плюс раствор FeCl₃ 5-10%-й концентрации (20-30 %).

3. Раствор ПАА 1,5-3%-й концентрации (70-80%) плюс раствор Fe₂(SО₄)₃ 10-20%-й концентрации (20-30 %).

4. Раствор КМЦ 2-4%-й концентрации (97-98%) плюс раствор CuSO₄ 30-40%-й концентрации (1,0-1,5%) плюс раствор NaOH 30-40%-й концентрации (0,5-1,5 %).

5. Товарный раствор гипана (25-60%) плюс раствор СаС1г 20-40%-й концентрации (5-30%) плюс раствор Al₂(SO₄) 20-40 %-й концентрации (5-20 %) и т_:д.