 |
Облегченные тампонажные цементы и растворы
|
|
|
|
Облегченные тампонажные цементы и растворы
Уменьшить плотность тампонажного раствора можно увеличением содержания жидкости затворения по отношению к твердой фазе, если жидкость затворения имеет меньшую плотность, или путем замены:
· части или всей жидкости затворения жидкостью меньшей плотности;
· всего или части вяжущего вещества вяжущим веществом меньшей плотности;
· всей или части добавки добавкой меньшей плотности;
· части вяжущего вещества специальной добавкой, обладающей меньшей по сравнению с ним плотностью;
· части объема твердых и (или) жидких фаз газообразной фазой.
Более высокая прочность получается при снижении плотности путем введения воздуха. Существенный недостаток аэрированных тампонажных растворов — их сжимаемость. На большой глубине или при высоком гидростатическом давлении объем аэрированного тампонажного раствора существенно уменьшится, а плотность повысится. Этот недостаток можно устранить, заключив пузырьки воздуха в прочные оболочки.
В последнее время применяются пластмассовые, стеклянные, керамические, кварцевые микробаллоны (микрокапсулы). Для эффективного снижения плотности с сохранением высокой прочности необходимо, чтобы микробаллоны имели плотность не более 600 кг/м3.
Таким образом, для снижения плотности:
· до 1650—1700 кг/м3 можно использовать все известные способы;
· до 1400—1500 кг/м3 можно применять облегчающие добавки плотностью менее 2000 кг/м3, повышать водосодержание, а на небольших глубинах также использовать аэрирование тампонажного раствора;
· ниже 1400 кг/м3 желательно использовать полые или газонаполненные микробаллоны.
Гельцементные растворы
|
|
|
Гельцементными называются растворы, содержащие в качестве облегчающей добавки высококоллоидальные, главным образом, монтмориллонитовые (бентонитовые) глины. Эти глины имеют плотность 2300—2600 кг/м3 и вводятся обычно в количестве до 20 % от массы твердой фазы. Поэтому снижение плотности за счет введения менее плотного компонента твердой фазы невелико и достигается в основном за счет значительного увеличения водосодержания гельцементных растворов по сравнению с обычными. Добавка к тампонажному цементу 5—6 % высококачественного бентонита позволяет приготовить седиментационноустойчивые растворы с В/Т=0, 7—0, 75, имеющие плотность 1600—1700 кг/м3. Введение 20—25 % бентонита позволяет применять В/Т=1, 3—1, 5 и получать плотность растворов 1300— 1400 кг/м3.
Недостатком гельцементных растворов пониженной плотности является низкая температурная и коррозионная устойчивость цементного камня
Цементные растворы с кремнеземистыми облегчающими добавками
Высокая водопотребность пуццолановых цементов на основе диатомита явилась основой использования их для приготовления тампонажных цементных растворов пониженной плотности.
Диатомиты представляют собой осадочные породы, состоящие из панцирей микроскопических диатомитовых водорослей. В 1 см3 диатомита может содержаться до 30 миллионов панцирей (киссатибский диатомит), вследствие этого диатомитовый порошок имеет большую удельную поверхность, что делает возможным введение в диатомито-цементный раствор большого количества воды без потери седиментационной устойчивости системы.
Тампонажные смеси на основе торфа и сапропеля. Торф и сапропель имеют высокую структурирующую способность, представляющую огромный интерес для приготовления различных реагентов, буровых и тампонажных растворов, буферных жидкостей и эмульсионных составов, так как они содержат такие ценные компаненты как ПАВ, гемицеллюлозу, углеводные и белковые вещества, битумы и глины.
|
|
|
При воздействии на торф и сапропель слабых щелочей и кислот значительно активизируется поверхность их частиц, что приводит к улучшению структурно – реологических и технологических свойств дисперсии. Различие в групповом составе органического вещества и химическом составе минеральных компонентов позволяет получить эффективные тампонажные растворы для сложных геолого-технических условий бурения.
Исследования показали, что торф и сапропель являются эффективными материалами для облегчения тампонажных смесей. Использование торфа в качестве облегчающей добавки позволяет в 2 – 3 раза сократить расход цемента при цементировании колонны в глубоких скважинах. Кроме того, эти растворы при плотности 1, 35 – 1, 4 г / см3 обладают минимальной водоотдачей. В качестве добавок, ускоряющих скорость твердения, используют хлористый кальций, хлористый алюминий и т. п. Расход торфа составляет от 2, 5 до 15 % от массы цемента. Получаемые цементно-торфяные смеси седиментационно устойчивы и имеют меньшую водоотдачу по отношению к чисто цементным.
Тампонажные смеси на основе синтетических смол. Исследование последних лет в области химии полимеров позволили создать ряд недефицитных высокомолекулярных соединений и на их основе разработать быстросхватывающиеся смеси (БСС) с регулируемыми сроками твердения. Для тампонирования осложненных интервалов разведочных скважин наибольшее распространение получили следующие химические соединения: акриловые и метакриловые кислоты и их производные; карбамидные, феноло-формальдегидные и эпоксидные смолы; синтетические латексы.
Известно, что акриламид легко растворим в воде, метиловом и этиленовом спирте, ацетоне. Для изоляции трещиноватых интервалов скважин рекомендуется применять следующий состав двухрастворной смеси (вес. ч. ): водный раствор акриламида концентрации 20-35% - 100, метилен бисакриламида - 0, 1-0, 4, персульфата аммония - 0, 05 и гидросульфита натрия - 0, 014.
К карбамидным смолам, получившим наибольшее применение при проведении буровых работ, относятся смолы МФ-17, М-270, М-19-62. В качестве недорогого и эффективного их отвердителя применяется соляная кислота. Существенным недостатком всех карбамидных смол является необходимость применения кислот в качестве отвердителя, что отрицательно сказывается на результатах тампонирования карбонатных пород, так как при взаимодействии с кислотами карбонаты разлагаются. Это приводит к снижению прочности и повышению проницаемости пород.
|
|
|
Формальдегидные смолы обладают способностью отверждаться как в кислой, так и щелочной средах. Наибольший интерес из смол этой группы представляет резорцино-формальдегидная смола ФР-12, в качестве отвердителя которой может быть использован формалин, но ввиду дефицитности и высокой стоимости ФР-12 не получила широкого применения в бурении. На основе дешевых сланцевых фенолов ФРЭС и ТСД-9 созданы тампонажные смеси для закрепления слабосцементированных пород. Эти БСС обладают малыми сроками схватывания (1-3 мин) и большей проникающей способностью. Время отверждения раствора регулируется количеством введенного отвердителя (формалина) и катализатора (кальцинированной соды), причем значительное влияние на сроки схватывания оказывают степень разбавления смеси водой и температура среды, что при наличии водопритоков в скважине отрицательно сказывается на качестве тампонирования.
Эпоксидные смолы в сравнении с карбамидными и феноло-формальдегидными обладают рядом преимуществ, заключающихся в том, что тампонажный камень из эпоксидных смол имеет повышенные прочностные и адгезионные свойства. Эпоксидные смолы марки ЭД-5 и ЭД-6 получают путем поликонденсации эпихлоргидрина глицерина и дефенолов в присутствии щелочи. На основе этих смол созданы тампонажные смеси со сроками отверждения от 5 до 60 мин. В качестве отверждающих веществ применяют полиамины, полиамиды, жирные кислоты, фенольные и карбамидные смолы. В состав смеси входят различные реагенты: разбавители, пластификаторы, ускорители и др.
|
|
|
