0 министерство высшего и среднего специального образования республики узбекистан

17 
1.3. Реагенты-регуляторы скорости схватывания и твердения 
тампонажных растворов для условий АВПД и высоких 
температур 
С увеличением температуры процессы гидратации цементных 
растворов ускоряются, схватывание и твердение при этом 
интенсифицируются, раствор быстрее переходит из жидкого в 
твердое состояние. Многие исследователи [50, 51, 60, 73] установили, 
что температура - основной фактор, влияющий на схватывание и 
твердение цементных растворов. Давление, хотя и в меньшей степени, 
но также ускоряет их сроки [21, 30, 43]. 
По утверждению А.И. Булатова [11], в определенном 
диапазоне температур сроки схватывания цементного раствора можно 
удлинить увеличением водоцементного отношения; при росте 
значения В/Ц от 0,3 до 0,5 начало схватывания удлиняется почти 
вдвое. Однако при этом снижаются также прочность и плотность 
камня, одновременно повышается отстой воды в растворе. 
Цементные растворы задолго до начала схватывания 
загустевают. На это явление обратил внимание Р.И. Шишенко [66], 
исследовавший на специальном приборе изменение подвижности 
раствора во времени. Он считает, что различные растворы при прочих 
равных условиях отличаются химико-минералогическим составом 
цемента, тонкостью помола цементного порошка, наличием и 
количеством в нем добавок, водоцементным отношением, условиями 
твердения и т.д. 
В связи с ускорением сроков схватывания цементных 
растворов при высоких температурах и давлениях появилась 
необходимость изыскания специальных добавок, замедляющих 
процессы гидролиза и гидратации. 
В настоящее время известны реагенты, удлиняющие сроки 
схватывания и загустевания тампонажных растворов: дубовый 
экстракт, борная кислота, сернокислое железо, бура, сульфит-
спиртовая барда, карбоксилметилцеллюлоза (КМЦ), виннокаменная 
кислота, экстракт тарана и др. 
В США широко используются также карбоксилметиллюлоза, 
карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлоза (КМГЭЦ), крахмал, лигнин, 
декстрин и др. [72]. Однако не все замедлители пригодны для 
применения при высоких температурах. КМГЭЦ успешно замедляет 
сроки схватывания цементных растворов в скважинах глубиной 3000-
6000 м и температуре 91-160°С. Чтобы обеспечить достаточное время 

---

18 
схватывания растворов при температуре 150°С и давлении 100 МПа 
для цемента класса А достаточно добавить 0,4 % реагента. 
Отмечено [11], что до недавнего времени распространенным 
замедлителем являлась сульфит-спиртовая барда (ССБ) - отход 
бумажной промышленности. Однако она вызывает пенообразование, 
осложняющее процесс цементирования А.И. Булатов и др. [11], 
определили, что с увеличением содержания ССБ до 0,6% при 
температуре 100°С и давлении 30 МПа сроки схватывания 
цементного раствора замедляются почти в 4 раза. 
КМЦ может регулировать начало схватывания цементного 
раствора до 140°С, не пенится, более стабильна. Отрицательное ее 
свойство - способность снижать подвижность цементных растворов с 
увеличением дозировки [12]. Добавка больше 1% КМЦ в цементный 
раствор сильно снижает также механическую прочность камня. 
Образцы, приготовленные из новороссийского цемента с добавкой 
КМЦ, через 48 ч имели прочность на сжатие 0, 4 МПа. 
При температуре, близкой к 170°С, и давлении около 60 МПа 
КМЦ, ССБ, крахмал и другие высокомолекулярные органические 
замедлители разлагаются, превращаясь в продукты, ухудшающие 
тампонажные свойства цементов. 
Е.К. Мачинский [39, 40] установил, что при 150°С и выше, 
устойчивым 
замедлителем 
является 
виннокаменная 
кислота 
С
2
Н
2
(ОН)
2
(СООН)
2
. Даже незначительное ее содержание (0,05%) 
замедляет сроки схватывания более, чем в два раза по сравнению с 
чистым цементным раствором. При температуре 150°С и давлении
50 МПа добавка 0,5% ВК увеличивает начало схватывания 
цементного раствора с 10 мин до 1 ч 45 мин. 
Более эффективным в условиях высоких температур (200°С) 
оказался технический винный камень (ТВК) - отход пищевой 
промышленности. Он содержится в соке, коре, листве растений, 
образуется при брожении вин, накопляется в виде осадка в 
бродильных чанах. 
На практике часто применяется лигносульфоалюминат кальция 
- попутный продукт бумажного производства. Он добавляется в 
количестве 0,2-1,5% к весу цемента и дает хорошие результаты в 
скважинах глубиной до 3000 м [74]. 
В качестве замедлителя независимо от марки цемента при 
температуре 238°С используется модифицированный лигнин [73]. 
А.И. Булатов и М.О. Ашрафьян предложили новый 
комбинированный замедлитель сроков схватывания сложного состава 

---

19 
для цементных, цементно-бентонитовых и шлакобентонитовых 
растворов, состоящих из смеси гипана и хромпика, количество 
которых подбирается с учетом конкретных условий [10]. 
Бентонит, из-за высокой водопотребности, сам сильно 
замедляет сроки схватывания и загустевания. Гипан всегда снижает 
прочность камня. Предложенный состав цементного раствора с этими 
реагентами нельзя применять в условиях АВПД, так как цементно – и 
шлакобентонитовые смеси не могут дать тампонажный раствор 
высокой плотности. 
В СФСевКавНИИ разработан замедлитель Л-6 для применения 
при температурах до 170°С. Он получен гидролизным путем из 
пентозанов, содержащихся в кукурузных кочерыжках и отходах 
пищевой промышленности. Добавка 1,5-2,0% Л-6 от массы цемента 
при температуре 170°С и давлении 70 МПа обеспечивает начало 
схватывания раствора 2-3ч, конец в течение 3-4 ч [9]. Однако, данный 
реагент, Л-6 не принят в производстве из-за недоступности и 
сложности технологии его получения. 
В работе [68] описаны результаты цементирования 
эксплуатационных колонн в нефтегазоносных районах Туркмении с 
применением декстрина. Это один из лучших замедлителей сроков 
загустевания применяется для цементирования скважин с забойной 
температурой до 170 °С. Получены вполне удовлетворительные 
результаты: качественное разобщение пластов, хорошее сцепление 
цементного камня с породой и металлом. Однако, авторы [68] 
выявили запоздалое формирование камня при добавке к цементу 
декстрина, особенно в верхних интервалах скважины, где 
температура ниже 60 °С. В связи с этим в ИГРНИГМ проводились 
серии опытов по ускорению схватывания цементного раствора при 
75°С и ниже. Исследовалось влияние щелочного отхода капролактама 
– (ЩОК) на сроки схватывания. Наиболее оптимальным количеством 
ЩОК в присутствии декстрина оказалось 1,5-2,0% от веса вяжущего. 
Добавка ЩОК ускоряет схватывание цементного раствора и два раза 
увеличивает механическую прочность тампонажного камня. Однако 
предельный температурный диапазон применения в промысловых 
условиях ограничивается 110°С. 
В ИГИРНИГМ исследовалось также влияние реагента 
оксиэтилцеллюлозы - (ОЭЦ) на свойства тампонажных растворов 
[69]. Установлено, что добавление ее 0,5% несколько снижает 
водоотдачу цементных растворов, что обусловлено повышением 
вязкости жидкой фазы суспензии. По влиянию на растекаемость 

---

20 
цементных растворов ОЭЦ выгодно отличается от КМЦ, 
полиакриламида, гипана и других добавок, которые сильно сгущают 
их. ОЭЦ особенно эффективна при температуре до 120°С, почти не 
влияет 
на 
механические 
свойства 
камней. 
Результаты 
экспериментальных исследований свидетельствует о том, что реагент 
ОЭЦ хорошо понижает водоотдачу цементных растворов при 
температурном диапазоне 120-150°С, способен повышать вязкость 
раствора, однако неприемлем для цементирования скважин глубиной 
более 4000 м. 
В ИГИРНИГМ разработан регулятор консистенции цементных 
растворов, называемый нитросульфитно-спиртовая барда - (НССБ) 
[25]. Для еѐ получения ССБ нитруют азотной кислотой или смесью 
азотной и серной кислот, окислами азота. После лабораторных 
испытаний 
полученный 
реагент 
был 
проверен 
в 
тресте 
«Бухаранефтегазразведка». Оптимальные условия получения НССБ 
следующие: 12% - HNO
3
– 0,125 л на 1,0 л ССБ, продолжительность 
реакции – 6 ч, температура - 43-48 °С. 
НССБ 
оказался 
эффективным 
пластификатором 
и 
замедлителем схватывания тампонажных растворов. Пластическая 
вязкость цементно-бентонитовых растворов с добавкой 0,2% в 1,7-2,5 
раза ниже, чем без нее. Выявлено, что 0,2-0,3% НССБ резко (на 50-
250%) повышает предел прочности цементного камня при изгибе и 
сжатии, особенно при 150°С. Отличительная особенность этой 
добавки - эффективность как ускорителя твердения цементных и 
цементно-бентонитовых растворов при 100-150°С. В настоящее время 
НССБ не выпускается из-за отсутствия ССБ. 
Исследования, проведенные в одной из лаборатории 
УзНИПИнефтегаз [20], показали, что силикогель (SiO
2
) 
- 
эффективный регулятор сроков схватывания и загустевания 
цементных растворов, а ближайший его прототип - жидкое стекло - 
(Nа
2
SiO
3
) лишен этого качества: раствор быстро загустевает, 
становится непрокачиваемым. По влиянию на механическую 
прочность SiO
2
также значительно превосходит силикат натрия - 
жидкое стекло: легко диспергируется в воде, оптимальная дозировка 
его составляет 4-5 % от массы твердого вещества. Этот замедлитель, 
может быть, применѐн в утяжеленных цементных растворах. 
В работе [27] описано, что на Уренгойском месторождении для 
утяжеления тампонажных растворов применяли железорудный 
концентрат и отходы металлургического производства. Для 
уменьшения водосмесового отношения и седиментации раствора 

---

21 
регент хингидрон, являющийся эффективным пластификатором и 
замедлителем сроков схватывания цементных растворов во 
ВНИИКРнефти [28] с помощью реагент хингидрона разработан 
новый состав тампонажного раствора высокой плотности, состоящий 
из 50% портландцемента, 50% шлака металлургического комбината и 
0,02-0,05% хингидрона. Полученный тампонажный раствор имел 
плотность 2150 кг/м
3
и растекаемость 0,21 м. Прочность камня из 
этого раствора через 48 ч составила: на изгиб – 3,0 МПа, на сжатие – 
7,3 МПа. 
Однако состав и свойства хингидрона изучены недостаточно, 
исследование механизма действия и практическое применение 
реагента проводили при температуре 110°С. Температурный диапазон 
не известен. При 50% содержании шлака и водосмесовом отношении 
0,3 получен тампонажный раствор плотностью 2150 кг/м
3
, что 
ограничивает его применение. 
Таким 
образом, 
на 
основании 
библиографических 
исследований и фактических промысловых данных по разработке 
эффективных составов утяжеленных тампонажных растворов, 
пригодных к использованию в условиях АВПД и высоких температур, 
следует, что этот вопрос изучен недостаточно, отсутствуют 
фактические результаты по определению оптимального состава 
ингридиентов, обладающих свойствами замедлителя схватывания для 
условий высоких температур и АВПД, имеются данные по новым 
реагентам - замедлителям, полученные только в лабораторных 
условиях. 
Наиболее термостойкими замедлителями начала схватывания 
портландцементных суспензий считались винная кислота и еѐ соли. 
Если предельной температурой, при которой винная кислота 
замедляет схватывание цементных суспензий, является 180-190°С, то 
триоксиглутаровая кислота не теряет эффективности при 200-210°С, 
что свидетельствует об исключительной высокой термостойкости и 
эффективности этого реагента.
Триоксиглутаровую (ТОГ) кислоту можно получить путем 
окисления пентозных сахаров, которые содержатся в кукурузных 
кочерыжках, хлопковой шелухе, рисовой и пшеничной смоле, а также 
легко и с высоким выходом – при окислении хлопковой шелухи 
азотной кислотой. 
В ИГИРНИГМе изучались свойства цементных суспензий с 
добавкой продуктов окисления хлопковой шелухи (ОХШ), 

---

22 
полученных при различных режимах и отношениях компонентов 
реакции. 
При цементировании скважин в Узбекистане в качестве 
регулятора сроков схватывания и загустевания тампонажных 
растворов, применялся экстракт тарана (ЭТ-1), представляющий 
собой порошок, не полностью растворяющийся в воде при комнатной 
температуре. Он состоит из гидролизующихся и конденсированных 
природных танинов. ЭТ-1 до конца 90-х годов прошлого века 
выпускался Ханабадским заводом дубильных экстрактов. К 
сожалению, в настоящее время выпуск его прекращен. 
Большое преимущество ЭТ-1 перед КМЦ заключается в том, 
что он не сгущает, а разжижает цементные суспензии, поэтому при 
одинаковых сроках схватывания суспензии с ЭТ-1 без минеральных 
добавок при повышенных температурах и давлении загустевают в 3-5 
раз медленнее, чем КМЦ. Предельная температура, при которой 
реагент замедляет загустевание портландцементных суспензий без 
минеральных добавок, равна 115-120°С. Экстракт тарана - 
эффективный замедлитель схватывания цементных растворов, 
затворенных на соленасыщенной воде (NaCl), что необходимо при 
цементировании скважин, пробуренных в галогенных отложениях. 
Этот реагент - более эффективный замедлитель схватывания солевых 
суспензий, чем КМЦ. Механическая прочность цементного камня с 
добавкой экстракта тарана значительно выше, чем с добавкой КМЦ 
или сульфированного нитролигнина. ЭТ-1 является эффективным 
регулятором скорости схватывания и твердения утяжеленных 
тампонажных растворов, цементно-магнетитовых суспензий с 
добавкой этого реагента при пониженном водосодержании, 
отличается высокой текучестью, длительным сроком схватывания и 
высокими показателями прочности. Применение ЭТ-1 позволило 
успешно зацементировать более 100 скважин в условиях АВПД на 
площадях Култак, Памук, Зеварды и др. 
В связи с этим по проведенному анализу данных литературы 
можно сделать следующий вывод. 
Вывод. 
Существует 
множество 
различных 
составов 
утяжеленных тампонажных растворов, предназначенных для условий 
АВПД и высоких температур. Некоторые из них можно применять в 
условиях Узбекистана. Однако, к сожалению, в настоящее время они 
недоступны, так как для их получения необходимы валютные 
средства и значительные транспортные расходы. 

---