0 министерство высшего и среднего специального образования республики узбекистан
Тампонажные растворы нормальной плотности для
Download 0.93 Mb. Pdf ko'rish
|
Монография 2020 якуний
|
1.1. Тампонажные растворы нормальной плотности для
повышенных и высоких пластовых температур Для цементирования высокотемпературных скважин разработан и применяется на практике ряд специальных цементов, описанных А.И.Булатовым [8], В.С. Екшибаровым [22], Н.А. Луценко [32], У.Д.Мамаджановым [33], А.Курбановым [36], Е.К.Мачинским [38], Д.Ф.Новохатским [47], А.К.Рахимовым [53], Р.И.Шищенко [64] и др. В работах [8,9] приводятся составы тампонажных смесей с добавкой кварцевого и морского песка, предназначенные для цементирования высоко-температурных скважин. По их данным, смеси из портландцемента и кварцевого песка при высоких температурах и давлении затвердевают и образуют прочный и непроницаемый камень. При повышенных температурах кварцевый песок взаимодействует с составляющими цемента, вступая в реакцию не только с гидрооксидом кальция и гидросиликатами, но и с гидроалюминатами. Авторы не рекомендуют морские и барханные пески, так ка в них в большом количестве содержатся органические примеси, ухудшающие прочностные свойства камней. Однако тампонжаные смеси из портландцемента и кварцевого песка в 9 условиях АВПД, где требуется высокая плотность раствора, нельзя применять из-за того, что указанные смеси дают раствор плотностью не более 1850 кг/м 3 и седиментационно не устойчивы. Известно, что для цементирования высокотемпературных скважин применяют известково-песчаные растворы, которые схватываются при температуре более 100 °С. Например, при 130°С схватывание наступает через 30 мин после затворения. Для регулирования срока схватывания применяют виннокаменную кислоту (1-2 % от веса смеси). Прочность двухсуточного камня составляет 3,0-5,0 МПа на изгиб и 10-20 МПа – на сжатие, проницаемость его близка к нулевой. Для цементирования глубоких высокотемпературных скважин во ВНИИКРнефть разработан белито-кремнеземистый цемент (БКЦ). Вяжущим материалом в нем является нефелиновый или белитовый шлам. Оптимальное содержание кремнеземистой добавки равно 30-50 %. Начало схватывания раствора из БКЦ при температуре 160- 200°С и давлении 60-70 МПа составляет 1,5-4,5 ч. С увеличением значений температуры и давления сокращаются сроки схватывания и повышается механическая прочность. В работах [17, 29] для высокотемпературных скважин рекомендуются цементно-песчаные смеси. Кремнезем, кварц, кварцевой песок или двуокись кремния (SiO 2 ) - распространенные в природе материалы. При низких температурах кварцевый песок является практически инертным наполнителем тампонажного цемента. С ростом температуры активность его в смеси повышается и он вступает во взаимодействие с гидратом окиси кальция, гидросиликатами и гидроалюминатами. Силикатная мука стабилизирует прочность цементного камня при высоких температурах. В США ее добавляют в процессе приготовления тампонажных растворов [75]. В последнее время проведены многочисленные исследования влияния кремнеземистых добавок на повышение прочности, термостойкости и коррозистойкости тампонажного камня [7]. Рассматривается влияние высококремнеземистых добавок на основе молотого песка. Отмечено, что температурное ограничение для тампонажных растворов определяется, в первую очередь, термостойкостью исходного материала. Применяемые в настоящее время тампонажные портландцементы типа ПЦТ I-100 и ПЦТ II-120 рекомендуются для цементирования скважин в диапазоне температур 50-100°С. Авторы считают, что наиболее оптимальным решением 10 задачи по созданию термостойких цементов является портландцемент тонкодисперсного кремнезема (SiO 2 ). Обычно в качестве такой добавки используют молотый кварцевый песок, чаще всего содержащий примеси полевого шпата, смолы, известняк. Исследования показали [37], что даже крупный кварцевый песок способствует быстрому взаимодействию с продуктами гидратации портландцемента, рост прочности камня прекращается через двое суток при температуре 140-200°С и давлении 30-40 МПа. У.Д. Мамаджанов, А.К. Рахимов [34] также исследовали свойства цементно-песчаной смеси и на практике доказали возможность эффективного использования барханного песка в качестве добавки к портландцементу. Камень, получаемый из цементно-песчаной смеси 2:1, имел высокую воздухопроницаемость. Для ее снижения применен новый реагент, названный аскаритом, созданный путем обработки асбестового волокна каустической содой при 200°С. При изучении действия аскарита на «чистый» портландцементный раствор установлено [34], что с увеличением его содержания растекаемость раствора возрастает: при 0,5% (по весу) и В/Ц=0,45 она составила 0,195 м, а сроки схватывания увеличились на 16 % по сравнению с исходными портландцементными растворами. Отмечено также, что данный реагент в 2,5 раза повышает прочность тампонажного камня при его добавке, а также коррозионную стойкость камня. Образец, находившийся в течение 10 месяцев в сильноминерализованной пластовой воде, не ухудшил свои прочностные характеристики. Скорость нарастания прочности цементного камня в начальный период способствует прекращению седиментации в цементном растворе и снижению проницаемости. При его добавке проницаемость камня из цементно-песчаной смеси также резко снижается. На основании результатов исследований аскарит был рекомендован для широкого внедрения и использовался в 60-е годы на многих скважинах треста «Каршинефтегазразведка». А.И.Булатов [10], Е.К.Мачинский [39, 40], изучив свойства шлакопесчанных тампонажных растворов, рекомендуют их для цементирования скважин с забойными температурами до 200°С. Причем они считают, что при оптимальном содержании песка прочность камня увеличивается, а проницаемость-снижается. К сожалению, авторы не приводят плотности раствора из шлакопесчаных смесей и величину содержания песка, которую можно считать оптимальной. 11 По нашему исследованию, раствор из шлакопесчанной смеси не может иметь плотность более 1900-2000 кг/м 3 . Кроме того, доменного шлака в Узбекистане нет, его нужно завозить из других стран. Известны также известково-кремнеземистые, белито- кремнеземистые тампонажные цементы, предназначенные для цементирования скважин с забойными температурами до 300°С и давлениями до 70 МПа. В отдельных нефтеносных районах эпизодически применяют шлакопортландцемент, состоящий из портландцемента, гипса и доменного шлака (30-60%). Этим цементом цементируются скважины с забойной температурой до 200°С, но плотность тампонажного раствора не более 1850 кг/м 3 . Кроме того, наличие гипса в составе ускоряет процесс схватывания тампонажного раствора, создавая опасность преждевременного загустевания и оставления его в колонне. Е.К.Мачинский [38] для изоляционных работ в нефтяных скважинах при температуре 130°С предложил состав шлакопортландцемента, отличающийся от указанного выше тем, что в нем не применяется гипс. Цемент состоит из смеси совместного помола 20% портландцемента, 60% доменного шлака и 20% кварцевого песка, два последних компонента - недоступные для нашего региона материалы. Кроме того, получаемый из этой смеси раствор не дает плотность более 1920 кг/м 3 , его термостойкость не отвечает местным условиям. Из этих соображений упомянутый выше цемент непригоден. А.И.Булатов и Д.Ф.Новохатский [48] разработали тампонажный материал из гранулированного ферромарганцевого шлака, предназначенный для цементирования нефтяных и газовых скважин с забойными температурами 120-200°С и более. Н.А.Иванова [49] установила, что, чем больше в этом шлаке содержится MnO, тем медленнее происходит схватывание раствора. Преимущество тампонажного материала из ферромарганцевого шлака перед другими цементами, применяемыми для цементирования высоко- температурных скважин, определяется количеством MnO. Известны также тампонажные цементы на базе ферромарганцевого шлака. Шлак чугуна-ферромарганец содержит закись марганца в пределах 5-12%, что делает его практически несхватывающимся и не твердеющим в обычных условиях. При температуре более 100°С и высоких давлениях измельченные 12 гранулированные образцы начинают проявлять вяжущие свойства и могут быть использованы при 150-300°С. При температуре 175°С давлении 70 МПа начало схватывания химически необработанного ферромарганцевого шлакопесчаного раствора составляет 4,5-5,5 ч, а при 200°С и давлении 100 МПа – более 3 ч. Сильным ускорителем для данного шлака является кальцинированная сода, введение которой в количестве 1% от массы шлака позволяет при 125°С и давлении 40 МПа получать растворы с началом схватывания через 2,0-2,5 ч. Установлено [15] также, что наиболее термически устойчивыми и долговечными в агрессивной среде являются тампонажные материалы на основе доменных гранулированных шлаков, состоящих из двухкальциевого силиката 2CaOSiO 2 (C 2 S) и в небольших количествах геленита 2CaOAl 2 O 3 SiO 2 (C 2 AS), окерманита 2CaOMgOSiO 2 (C 2 MS), мервинита 3CaOMgOSiO 2 (C 2 MS), анортита 3CaOAl 2 O 3 2SiO 2 . В Львовском политехническом институте разработан [61] силикатно-гидрогенированный (СГ) цемент, состоящий из извести (8,30%), пиритных огарков (9,70%), гранулированных доменных шлаков (88,00%). Однако он оказался термически неустойчивым, так как в нем, наряду с гидрогенированными добавками, содержатся и гидросиликаты, кроме того, трудности с регулированием свойств раствора делают его неприемлемым. Для цементрования скважин, вскрывающих пласты с минерализованной водой в интервале забойных температур 160- 250°С, во ВНИИКРнефть разработан термостойкий цемент ТСЦ-250, камень из которого обладает высокой коррозионной стойкостью и создает хороший контак на границе с колонной и горной породой. Однако плотность раствора из этого цемента не превышает 1800-2000 кг/м 3 . В соленосных отложениях интервалы залегания бишофита и карналлита рекомендуется изолировать не чистым тампонажным цементом, а полимерным или смолоцементами [19]. Установлено, что высокой коррозионной стойкостью обладают камни полимерно- цементных растворов на основе тампонажного портландцемета и водорастворимых смол ФР-12 и ТСД-9. Однако этот цемент рассчитан на температуру до 120°С. А.И.Булатов [9] приводит данные о шлакопесчаных цементах для крепления скважин с забойной температурой выше 200°С и давлением до 100 МПа. Наиболее перспективными оказались смеси на основе песка и кислых доменных шлаков, обладающие 13 приемлемыми сроками схватывания и дающие плотный безусадочный камень с вполне достаточной прочностью и газонепроницаемостью. Так, соотношение масс шлака и песка 1:1 обеспечивает получение растворов с достаточно удовлетворительными сроками схватывания. Download 0.93 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|