Введение (стр. 2 )

Введение

Цели, задачи, место и роль дисциплины в подготовке техника, ее связь с другими изучаемыми дисциплинами.

Назначение буровых и тампонажных растворов и их роль в повышении эффективности бурения и крепления скважин. Краткие сведения из истории применения буровых и тампонажных растворов в отечественной и зарубежной практике.

Литература: 4, с. 6, 27; 10, с. 27...31.

Методические указания

Современная история промывочных жидкостей начинается с 1921 года, когда была сделана первая попытка регулирования их качества применением специальных добавок. Первыми химическими реагентами, которые начали применяться с 1929 г., были каустическая сода и алюминат натрия. В том же году были выданы патенты Кроссу и Харту, предложившим использовать бентонатовые глины в качестве добавок для улучшения свойств растворов.

В настоящее время при бурении скважин различного назначения используются десятки видов материалов для приготовления бурового раствора и сотни добавок для регулирования основных и второстепенных показателей свойств бурового раствора, повышения его качества.

Прогресс современного бурения в значительной степени зависит от качества применяемых буровых растворов, которые должны способствовать разрушению горных пород, предупреждать возникновение осложнений в стволе скважины, обеспечивать высококачественное вскрытие продуктивных пластов и обеспечивать сохранение их естественных коллекторских свойств.

Вопросы для самоконтроля

1.  Когда и где была впервые применена промывка скважин?

2.  Назначение буровых растворов?

3.  Для каких целей применяются тампонажные растворы?

4.  Как влияют свойства буровых растворов на эффективность процесса бурения?

■

Раздел 1. БУРОВЫЕ РАСТВОРЫ

Тема 1.1. Физико-химические свойства буровых растворов и их влияние на эффективность процесса бурения

Студент должен:

знать: сущность физико-химических процессов и методы управления ими;

свойства буровых растворов; методику измерения показателей

свойств;
уметь: определять показатели свойств необработанных буровых

растворов.

Функции и классификация буровых растворов.

Понятие об истинных растворах и дисперсных системах. Дисперсная фаза и дисперсная среда. Строение коллоидных частиц. Основные свойства дисперсных систем. Процессы, протекающие в дисперсных системах: коагуляция, флокуляция, пептизация. Реологические свойства дисперсных систем.

Обязательные показатели свойств буровых растворов: плотность, услош ш вязкость, статическое напряжение сдвига бурового раствора, показатель фильтрации, толщина фильтрационной корки, показатель седиментации, концентрация посторонних твердых примесей в буровом растворе, содержание твердой фазы, водородный показатель и др. Специальные показатели свойств буровых растворов: минерализации; концентрации ионов кальция, магния, калия, сульфата.

Влияние показателей свойств буровых растворов на эффективность работы породоразрушающего инструмента и всего процесса в целом (механическую скорость бурения, проходку на долото, износ бурового инструмента и оборудования, эффективность очистки бурового раствора от шлама, устойчивость ствола скважин и т. п.).

Лабораторная работа № 1.

Литература: 2, с. 36...93; 4, с. 31...34; 8, с. 329...376; 9, с. 6...23, /17... 14Н, 194...309; 10, с. 3...62.

Методические указания

Буровой раствор, находясь в циркуляционной системе, должен выполнять следующие функции: очищать забой скважины от шлама, укреплять стенки скважины, создавать противодавление на вскрытые пласты, охлаждать и смазывать буровой инструмент и долото, способствовать разрушению горной породы, обеспечивать подвод энергии к забойным двигателям, удерживать во взвешенном состоянии частицы шлама при временной остановке циркуляции, обеспечивать сохранение проницаемости продуктивных пластов, служить гидравлическим каналом связи «забой-устье» при специальных измерениях и исследованиях в скважине.

Необходимо отметить, что все классификации буровых растворов по тем или иным признакам достаточно условны. Наиболее распространенная классификация разделяет

буровые растворы на растворы водной и на нефтяной основах, газообразные агенты, аэрированные жидкости и пены.

Названия «промывочная жидкость», «буровой раствор», «тампонажный раствор» или «цементный раствор» не отражает их физико-химической сущности и использование этих терминов в дальнейшем связано лишь с традициями в нефтяной промышленности. По составу эти системы относятся к сложным полиминеральным дисперсиям.

Дисперсная система - это раздробленная система, в которой одно вещество раздроблено (диспергировано) и распределено в другом. Вещество, которое диспергировано, называется дисперсной фазой, а среда, в которой оно распределено - дисперсионной средой. Полидисперсными системами назваются дисперсные системы, в которых дисперсная фаза представлена частицами с различными размерами. Системы, состоящие из одной фазы, называются гомогенными. К ним относятся истинные (молекулярные) растворы веществ. Дисперсные системы, состоящие из двух или более фаз, и имеющие поверхность раздела между фазами, называются гетерогенными. К этой группе относятся коллоидные растворы, суспензии, эмульсии.

По агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсной среды дисперсные системы делятся на три группы: с газовой Г, жидкой Ж! и твердой Т, дисперсными средами. Возможны девять комбинаций дисперсной фазы и дисперсионной среды. В качестве буровых растворов обычно используются системы Т,/Ж2, Г,/Ж2, Ж,/Ж2 и реже Ж,/Г2 и Г,/Г2. Индексом «1» обозначается дисперсная фаза, а индексом «2» - дисперсионная среда.

По размерам частиц дисперсные системы условно подразделяются на грубодисперсные, тонкодисперсные, коллоидные и молекулярно-дисперсные. В коллоидной химии все системы, отвечающие коллоидной дисперсности, называются золями. Любое изменение концентрации одного или нескольких компонентов гетерогенной системы называется сорбцией.

Свойства коллоидных растворов определяются их элементарными частицами (рисунок 1). Элементарная коллоидная частица состоит из: ядра; адсорбционного слоя, составленного потенциалообразующими ионами и частью противоионов; диффузного слоя, состоящего из противоионов. Три выше перечисленных слоя составляют мицеллу:

Запись дана для гидролиза хлорного железа РеС13 в горячей воде с образованием гидроокиси железа Ре(ОН). и соляной кислоты НСЬ.

Основные процессы, протекающие в дисперсных системах:

1)  диффузия - самопроизвольный процесс выравнивания концентрации коллоидных частиц под влиянием их теплового движения;

2) седиментация - свободное оседание коллоидных частиц под действием силы тяжести;

3) коагуляция - процесс слипания коллоидных частиц с образованием крупных агрегатов, в результате чего дисперсная система теряет свою седимсптационную устойчивость;

4) пептизация - процесс, обратный коагуляции;

5)  тиксотропия - изотермический переход золя в гель в состоянии покоя и геля в золь при встряхивании или перемешивании.

К реологическим свойствам дисперсных систем относятся:

- эффективная (динамическая) вязкость г/э , характеризующая вязкое сопротивление системы при заданной скорости сдвига;

- пластическая (структурная) вязкость т)т - условная величина, показывающая

долю эффективной вязкости, которая возникает вследствие структурообразования в потоке системы;

- предельное статическое напряжение сдвига (СНС), характеризующее I точность

структуры, образующейся в системе после 1 мин и 10 мин покоя (9,и610);

- предельное динамическое напряжение сдвига Т0 - условная величина,
характеризующая предел текучести в потоке системы.

Основными показателями свойств буровых растворов являются плотность, условная вязкость, водоотдача (фильтрация), толщина глинистой (фильтрационной) корки, водородный показатель (рН). Студенту необходимо не только знать теоретические определения данных показателей, их влияние на процесс бурения и заканчивания скважин но и уметь производить практически их замер.

Вопрос влияния бурового раствора на эффективность процесса бурения необходимо увязать с режимами бурения различными способами: роторным, гидродинамическим забойным двигателем, электробурением.

8

Успех проводки скважин в значительной мере зависит от качества применяемого бурового раствора. Идеальный буровой раствор, используемый при бурении скважин, должен отвечать следующим требованиям:

-  способствовать повышению скорости проходки;

-  поддерживать низкое содержание твердой фазы, благодаря чему снижается (до минимума) опасность загрязнения пласта;

-  повышать устойчивость ствола, ингибировать склонные к осложнениям породы и обеспечивать сохранение целостности выбуренной породы, что облегчает ее удаление;

-  обеспечивать поддержание на стабильном уровне статического напряжения сдвига и улучшенную очистку ствола без чрезмерных пульсаций давления в процессе спуско-подъемных операций;

-  иметь низкую токсичную и высокую термостабильность;

-  экономить денежные средства - достигаемые преимущества, решение проблем или возможность избежать их дают значительный экономический эффект, т. е. затраты на контролирование и поддержание необходимых свойств бурового раствора окупаются.

Исходя из этих требований, перед началом бурения нужно определить состав и свойства буровых растворов, которые будут использованы для промывки скважины в каждом интервале. Для отдельных площадей и групп площадей, сходных по геолого-техническим условиям разрабатываются технологические регламенты буровых растворов. Выбранные буровые растворы должны быть не только наиболее эффективными в данных условиях, но и готовиться на основе доступных и дешевых реагентов и материалов.

Вопросы для самоконтроля

1.  Что такое дисперсная система?

2.  По каким признакам классифицируются дисперсные системы?

3.  Каковы отличительные свойства коллоидных частиц?

4.  Что такое сорбция?

5.  Каково строение коллоидных частиц?

6.  Что такое коагуляция и пептизация?

7.  Что такое золи и гели?

; 8. В чем заключается процесс тиксотропии?

: 9. Что такое суспензия?

I 10. Какие системы называются эмульсиями?

11.  Каковы особенности пен как дисперсных систем?

12.  Что такое седиментация?

13.  Что такое рН среды?

14.  Какие показатели свойств буровых растворов относятся к основным?

15.  Как измеряется плотность буровых растворов?

16.  Как измеряется условная вязкость?

17.  Что такое показатель фильтрации?

18.  Как измеряется показатель фильтрации?

19.  Что такое СНС?

20. Как определяется статическое напряжение сдвига?

21.  Как измеряется величинарН?

22.  Каково назначение буровых растворов?

23.  Как классифицируются буровые растворы?

Тема 1.2. Материалы для приготовления и регулирования свойств буровых растворов

Студент должен:

знать: материмы и химреагенты для приготовления и регулирования

свойств буровых растворов; их назначение и свойства;
уметь: определять показатели свойств химической обработки буровых

растворов.

Природа глин, их структура, минералогический и химический состав. Физико-химические и механические свойства глин. Набухание глин. Понятие о показателях набухания глины: степень набухания, периоды набухания, средняя скорость набухания. Основные показатели качества глиноматериалов, применяемых для приготовления буровых растворов.

Характеристика применяемых утяжелителей, требования к ним.

Химическая обработка буровых растворов. Характеристика химических реагентов, условия их применения.

Виды и назначение веществ специального назначения: ПАВ; смазочные и противоизносные добавки; пеногасители; ингибиторы коррозии; вещества, повышающие термостойкость. Требования к специальным добавкам, возможные побочные явления. Наполнители буровых растворов, их назначение, ассортимент, технология обработки раствора. Материалы и реагенты, используемые в буровых растворах за рубежом, их краткая характеристика; отечественные аналоги.

Лабораторная работа № 2.

Практическое занятие № 1.

Литература: 2, с. 41...43; 4, с. 84; 10, с. 43...98; 13, 64...135; 15, с. 5...150; 19, с. 62

Методические указания

Глины - сложные по составу осадочные полидисперсные породы, в состав которых входят водорастворимые соли и органические вещества, внесенные в них в процессе образования. Разнообразие условий формирования глин и различие их состава обуславливают существенные отличия их свойств.

Глины являются основным структурно - и коркообразугощим компонентом буровых растворов на водной основе. Студенту необходимо знать характеристику основных типов глин и глинистых материалов, требования к качеству глиноматериалов, специальные добавки к глинистым растворам, основные химические реагенты для первичной и вторичной обработки глинистого раствора, утяжелители, наполнители, смазочные

добавки, нормы расхода, случаи применения, противопоказания в различных горно­геологических и технико-технологических условиях бурения.

Глинистый раствор имеет способность стареть. Свежеприготовленный глинистый раствор по своим свойствам очень сильно отличается от раствора, простоявшего продолжительное время после затворения. Вязкость и напряжение сдвига у большинства свежих растворов бывают меньше, а отстой больше, чем у старых (выдержанных) растворов. При нагреве глинистого раствора ускоряется процесс его старения. Основное средство регулирования свойств буровых растворов - химическая обработка их различными химическими реагентами. Физико-химическая обработка глинистых растворов необходима для следующего:

1)улучшить глинизирующую способность раствора низкого качества увеличением степени дисперсности твердой фазы;

2) снизить показатель фильтрации и толщину глинистой корки;

3) регулировать статическое напряжение сдвига;

4) понизить вязкость их, имеющую тенденцию к возрастанию в процессе бурения вследствие насыщения растворов обломками выбуренной породы;

5) получить растворы, которые не глинизировали бы нефтеносные и
газоносные горизонты;

6)  противодействовать влиянию высоких температур;

7)  предотвращать поглощение промывочной жидкости либо снижать ее или предупреждать другие виды осложнений;

8) сохранять глинизирующую способность глинистого раствора в случае
притока воды с высокой концентрацией солей или при разбуривании
соленосных и глиноносныхтолщ;

9) утяжелять раствор до плотности 2500 кг/м3 с сохранением его
подвижности.

Для химической обработки используют большое число веществ-реагентов, при малых добавках которых существенно изменяются свойства промывочной жидкости. Большинство реагентов способствуют изменению одновременно нескольких свойств, хотя и в разной степени.

Все реагенты условно можно подразделить на несколько групп:

-  понизители тердости горных пород;

-  смазочные добавки;

-  пенообразователи;

-  пеногасители;

-  реагенты, придающие глинистым растворам термостойкость;

-  ингибиторы коррозии;

-  наполнители; - утяжелители.

Вопросы для самоконтроля

1.  Что такое глины и чем они характеризуются?

2.  В чем особенность модифицированных глин?

3.  Что такое глинопорошки и каковы их характеристики?

4.  Назначение и характеристики утяжелителей.

5.  В каких условиях применяются наполнители?

6.  Как классифицируются химические реагенты?

7.  Какие смазочные добавки применяются в бурении?

8.  Какие реагенты-пеногасители используются в бурении?

9.  Назначение УЩР?

10.  Область применения КМЦ?

11.  Назначение крахмальных реагентов.

12.  Какие марки КССБ применяются в бурении?

13.  Что такое лишние реагенты?

14.  Что такое ПАВ, их область применения?

Тема 1.3. Специальные виды буровых растворов, условия их применения, рецептура и технология приготовления

Студент должен:

знать: назначение ингибированных растворов, рецептуру, технологию

их приготовления; растворы для вскрытия продуктивных пластов; меры по охране окружающей среды при использовании буровых растворов;

уметь: выбирать тип растворов.

Понятие об ингибированных глинистых растворах, их назначение. Виды ингибированных растворов: высококальциевые, кальциевые, силикатные, алгоминатные, полимерные, известковые, гипсовые, на основе реагентов НТФ; условия их применения, рецептура.

Меловые растворы, компонентный состав, условия применения, технология приготовления. Буровые растворы низкой и пониженной плотности, область применения, рецептура. Буровые растворы с конденсированной твердой фазой, область применения, рецептура.

Буровые растворы для вскрытия продуктивных пластов: на водной основе (глинистые с добавкой ПАВ, с низкой концентрацией твердой фазы, калийные, полимерные и др.), на нефтяной основе (известково-битумные, гидрофобно-эмульсионные, инвертные эмульсионные), газообразные рабочие агенты, рецептура. Мероприятия по охране недр и окружающей среды в процессе промывки скважин.

Понятие о технологическом регламенте буровых растворов. Порядок выбора типа бурового раствора для бурения в различных горно-геологических условиях.

Лабораторная работа № 3.

Литература: 4, с. 31...84, 221...264; 10, с. 165...203; 15, с. 186...267.

12

Методические указания

В течение последних лет были разработаны системы глинистых растворов, получившие название ингибированных. Ингибированные растворы обладают следующими отличительными признаками: способностью повышать устойчивость глинистых пород, предупреждать самозамес, т. е. диспергирование и переход в состав промывочной жидкости выбуренных глинистых частиц; меньшей чувствительностью к действию электролитов; повышенной глиноемкостью. Ингибирование заключается в частичной регулируемой коагуляции глинистых частиц, приводящей к образованию агрегатов при сохранении общей связкости. Ингибированные глинистые растворы делятся на две системы: саморегулирующиеся системы и регулируемые. В качестве ингибиторов используются малорастворимые соли и гидраты окисей поливалентных металлов; гипс, известь, хлористый кальций, жидкое стекло, гидроокись бария, ацетат кальция и др.

Меловыми растворами названы промывочные жидкости, значительную часть дисперсной фазы которых составляет мел. Так как термин «меловые растворы» учитывает использование мела для утяжеления промывочных жидкостей, к числу меловых растворов могут быть отнесены не только безглинистые растворы, но и различные глинистые растворы и даже растворы на нефтяной основе.

Эффективность современных методов разработки нефтяных и газовых месторождений во многом зависит от состояния призабойной зоны эксплуатационных и нагнетательных скважин. Проникновение в эту зону промывочной жидкости или ее фильтратов вызывает уменьшение проницаемости продуктивного пласта, в результате чего вокруг скважины образуется зона с пониженной по сравнению с естественной

проницаемостью.

В настоящее время для предотвращения отрицательного влияния фильтрата буровых растворов на вскрытие и освоение скважин работа проводится в следующих основных

направлениях:

- улучшение свойств промывочных жидкостей на водной основе путем добавки

ПАВ;

-  применение растворов на нефтяной основе (РНО);

-  применение пен;

-  применение газообразных агентов;

-  применение метода местной циркуляции.

При выборе типа бурового раствора следует учитывать: минерализацию дисперсионной среды и вид преобладающего катиона рН раствора; минимально возможное содержание глинистой активной фазы; предел термо - и солестойкости реагентов; величину водоотдачи; сохранение естественных коллекторских свойств продуктивных пластов; требования экологии; предупреждение возможности возникновения осложнений; возможность контроля технологических свойств; своевременное их восстановление; стоимость компонентов.

При бурении нефтяных и газовых скважин очень часто возникают всевозможные осложнения. Основные из них - поглощение бурового раствора, выбросы и нарушения целостности ствола скважины. Эти осложнения не возникают обособленно - развитие одного из осложнений может стать фактором, способствующим появлению других. Так,

13

поглощение бурового раствора, сопровождающееся снижением гидростатического давления на стенки скважины, создает благоприятные условия для газонефтяных и водяных выбросов, а также обвалов или осыпей вышележащих пород (разновидность осложнений, связанных с нарушением целостности ствола скважины).

При бурении в осложненных условиях изменяются требования к глинистому раствору. Последний должен обладать качеством, позволяющим предотвратить возможные осложнения или ликвидировать их в самом начале. Для предупреждения и борьбы с поглощениями промывочной жидкости глинистый раствор должен иметь соответствующую данному геологическому разрезу плотность и обладать достаточными вязкостью, начальным напряжением сдвига и тиксотропностыо.

Перечисленным сложным требованиям обычный глинистый раствор, содержащий только воду и глину, хотя бы даже и коллоидную, не в состоянии удовлетво­рить. При бурении в осложненных условиях необходимо обрабатывать глинистые растворы.

Вопросы для самоконтроля

1.  Что такое ингибирование?

2. Как подразделяются ингибированные системы?

3.  Какие вещества являются ингибиторами?

4.  В чем особенность меловых растворов?

5.  Назовите виды ингибированных растворов.

6.  Перечислите виды силикатных растворов.

7.  Приведите рецептуры силикатных растворов.

8.  Когда применяются гипсовые растворы?

9.  Назовите преимущества известковых растворов.

10.  Для чего предназначены хлоркальцевые глинистые растворы?

11.  Как готовятся полимерные растворы?

12.  Что такое алюминатный раствор?

13.  В чем отличие, преимущества и недостатки меловых растворов?

14.  Что такое гидрогель магния?

15.  Какие предъявляются требования к вскрытию продуктивного пласта?

16.  Перечислите типы растворов для вскрытия продуктивных пластов? 17 .Какова роль ПАВ при вскрытии продуктивных пластов?

18.  Что такое растворы с низкой концентрацией твердой фазы?

19.  Назовите рецептуры калиевых растворов.

20.  РНО. Рецептура, способы приготовления.

21.  Классификация РНО.

22.  Что такое инверсия?

. 23. Что относится к газообразным агентам?

24.  Перечислите основные принципы выбора типа бурового раствора.

25.  Что такое технологический регламент буровых растворов?

Тема 1.4. Регулирование свойств буровых растворов в процессе бурения скважин.

Студент должен:

знать: причины изменения свойств растворов в процессе бурения,

физические методы регулирования свойств растворов;
уметь: рассчитывать рецептуру обработки раствора для

восстановления его параметров.

Причины, вызывающие необходимость регулирования свойств бурового раствора в процессе бурения скважин. Методы регулирования показателей свойств бурового раствора: химическая обработка, физические и физико-механические методы.

Первичная и вторичная химическая обработка бурового раствора. Технология обработки циркулирующего бурового раствора порошкообразными и жидкими реагентами.

Сероводородная агрессия. Осложнения, вызванные попаданием сероводорода в буровой раствор. Нейтрализаторы, связывающие сероводород в водорастворимые и в водонерастворимые сульфиды; применяемые реагенты, их преимущества и недостатки.

Лабораторная работа № 4.

Практическое занятие № 2.

Литература: 4, с. 71...72; 10, с. 129...145, 149...154; 15, с. 221...224; 18, с. 159...166.

Методические указания

Глинистый раствор имеет способность «стареть». Свежеприготовленный глинистый раствор по своим свойствам отличается от раствора, простоявшего продолжительное время после затворения. Также процесс старения или изменения его свойств происходит в результате разбуривания химически активных пластов, наличия минерализованных вод и газа, глинизации ствола скважины, воздействия забойных температур и давлений. Поэтому для восстановления требуемых для дальнейшей проводки скважины свойств бурового раствора он подвергается обработке: химической, физической, механической или комплексной.

Первичная обработка бурового раствора производится в процессе его заготовки с учетом горно-геологических условий скважины, состояния ее ствола и технико-технологического обеспечения. Вторичная обработка бурового раствора производится по мере углубления скважины, старения и естественных потерь. На каждой отдельно взятой скважине первичная и вторичная обработки осуществляются индивидуально в соответствии с технологическим регламентом.

Вопросы для самоконтроля

1. Какими способами осуществляется первичная обработка бурового раствора?

2.  Что такое «старение» бурового раствора?

15

3.  Какие существуют методы восстановления свойств бурового раствора?

4.  Каково влияние геологического разреза на стабильность бурового раствора?

5.  Как осуществляется контроль за изменением показателей свойств буровых растворов?

Раздел 2. ТАМИОНАЖНЫЕ РАСТВОРЫ

Тема 2.1. Физико-химические свойства тампонажных растворов и их влияние на эффективность крепления скважин

Студент должен:

знать: основные свойства тампонажных растворов; механические

свойства цементного камня; приборы для определения свойств

раствора и камня; влияние свойств раствора и камня на качество

работ;
уметь: определять основные свойства тампонажных цементных

растворов и камня.

Функции тампонажных растворов. Дисперсная фаза и дисперсионная среда в тампонажных растворах. Реологические свойства тампонажных растворов. Основные свойства тампонажных растворов и камня: водосодержание, показатель фильтрации, плотность, растекаемость, сроки схватывания, загустевание, седиментационная устойчивость, коррозийная стойкость, механическая прочность и проницаемость цементного камня и др. Факторы, влияющие на свойства тампонажных растворов и камня.

Приборы и оборудование для определения основных свойств тампонажных растворов и камня, их устройство, принцип действия. Организация контроля основных свойств тампонажных растворов и камня при креплении скважин.

Влияние основных свойств тампонажных растворов и камня на качество тампонажных работ и эффективность всего процесса бурения скважин в целом (осложнения при проведении тампонажных работ, степень надежности изоляции пластов и герметичности затрубного пространства, заполненного тампонажным материалом).

Лабораторная работа № 5.

Литература: 1, с. 431...434; 4, с. 24...27; 5, с. 64...89; б, с. 35...83; 12, с. 203...287.

Методические указания

Для преодоления препятствий, возникающих в процессе бурения скважины (катастрофических поглощений, осыпей и обвалов стенок скважины, перетоков пластовых жидкостей), ее ствол перекрывается обсадными трубами и цементируется или же тампонируется. Материалы для крепления ствола скважины и растворы их называются тампонажными.

Тампонажные растворы являются сложными дисперсионными системами, в

которых дисперсной фазой является тампонажный материал, а дисперсионной средой - вода. По реологическим свойствам тампонажные растворы относятся к сильнотиксотропным вязкопластным жидкостям. Реология тампонажных растворов определяется следующими константами: статическое напряжение сдвига, вязкость и динамическое напряжение сдвига.

Основными свойствами цементного раствора применительно к скважинам являются: водосодержание (водоцементное отношение), водоотдача, плотность, подвижность (растекаемость), сроки схватывания, время загустевания, седиментационная устойчивость, структурная вязкость, статическое и динамическое напряжение сдвига. К свойствам цементного камня относятся механическая прочность, проницаемость, объемные изменения, коррозийная устойчивость в агрессивных средах, модуль упругости.

К цементным растворам предъявляют следующие основные требования:

-  подвижность раствора должна быть такой, чтобы его можно было закачивать в скважину насосами, и она должна сохраняться от момента приготовления раствора (затворения) до окончания процесса продавливания;

-  структурообразование раствора, т. е. загустевание и схватывание после продавливания его за обсадную колонну, должно проходить быстро;

-  цементный раствор на стадиях загустевания и схватывания и сформировавшийся камень должны быть непроницаемы для воды, нефти и газа;

- цементный камень, образующийся из цементного раствора, должен быть
коррозионно - и температуроустойчивым, а его контакты с колонной и стенками
скважины не должны нарушаться под действием нагрузок и перепадов давления,
возникающих в обсадной колонне при различных технологических операциях.

В зависимости от горно-геологических условий и требований технологии проводки скважины часто возникает необходимость регулирования свойств тампонажных растворов и цементного камня, что обеспечивается вводом в тампонажные растворы химических реагентов, наполнителей, утяжелителей и т. д.

Вопросы для самоконтроля

1.  Тампонажные растворы как дисперсная система.

2.  Чем вызывается необходимость тампонирования скважины?

3.  Что такое тампонажные растворы?

4.  Дайте определение водосодержания цементных растворов.

5.  Что относится к реологическим свойствам тампонажных растворов?

6.  Что такое растекаемость тампонажного раствора?

7.  Объясните понятие термина «коррозийная стойкость».

8.  Назовите основные показатели свойств тампонажных растворов.

9.  Какими основными показателями характеризуется качество цементного камня?

10.  Какими приборами определяются показатели основных свойств тампонажного раствора?

11.  Какими приборами определяются показатели основных свойств цементного камня?

12. Как влияют основные свойства тампонажных растворов и цементного камня на качество крепления скважины?

Тема 2.2. Материалы для приготовления и регулирования свойств тампонажных растворов

Студент должен;

знать: тампонажные материалы, реагенты, регулирующие их свойства;

добавки к тампонажным цементам и растворам, наполнители;
уметь: определять физические свойства цементного порошка; выбирать

тип цемента; рассчитывать количество химреагентов, добавок,

наполнителей; подбирать рецептуру тампонажных растворов;

регулировать водосодержание раствора в процессе крепления

скважин.

Тампонажные материалы и их классификация. Тампонажный портланд-цемент, состав Клинкера. Свойства сухого цементного порошка. Требования, предъявляемые к тампонажным материалам. Организация, хранение и транспортировка тампонажных материалов.

Тампонажные цементы для высокотемпературных скважин; растворы пониженной плотности и утяжеленные цементы; растворы, затворенные на концентрированных растворах солей, для борьбы с осложнениями при бурении скважин. Специальные добавки к тампонажным цементам и растворам.

Регулирование свойств тампонажных растворов и камня с помощью реагентов. Ускорение и замедление процесса схватывания, снижение показателей фильтрации, регулирование плотности раствора и камня. Регулирование реологических свойств цементных суспензий.

Лабораторная работа № 6.

Литература: I, с. 434...443; 3, с. 364...373; 5, с. 36...89; 12, с. 5...130; 14, с. 97...

Методические указания

Тампонажным цементом называется продукт, состоящий из вяжущих веществ (портландцемента, шлака, извести, пластмасс и др.), минеральных (кварцевого песка, асбеста, глины, шлака и др.) или органических добавок, дающих после затвердения водой (или другой жидкостью) раствор, а затем камень обусловленного качества.

Классифицируются тампонажные растворы по следующим признакам: по виду вяжущей основы (в зависимости от добавок); по роду жидкости затвердения; по срокам схватывания (в зависимости от температуры испытания и применения); по плотности.

Тампонажный портландцемент представляет собой разновидность силикатного цемента, получаемого при совместном помоле портландцементного клинкера, гипса и минеральных добавок (кварцевого песка, доменного гранулированного шлака, трепеля). Основная часть портландцемента - искусственный камень (клинкер), полученный

18

обжигом специальной смеси известняка и глины (мергеля) до спекания. 75 % клинкера составляют два минерала: трехкальциевый силикат ЗСаО 8Ю, и двухкальциевый силикат 2СаО-ЗЮ,; около 25 % приходится на соединения, содержащие глинозем: трехкальциевый алюминат ЗСаОА1 02 и четырехкальциевый алюмоферрит 4 СаОА1203Ре20,. Такие соединения как сернистый ангидрит 503 и магнезия М§0 нежелательные примеси, поэтому в составе клинкера их должно быть не более 3,5 % и 5 % соответственно.

Сухой цементный порошок характеризуется следующими основными свойствами: плотностью, насыпной массой, тонкостью помола, гранулометрическим составом.

Вопросы для самоконтроля

1.  Как определяются основные свойства цементного порошка?

2.  Как классифицируются тампонажные материалы?

3.  Что такое клинкер?

4.  Перечислите требования, предъявляемые к тампонажным материалам?

5.  Как организовывается хранение и транспортировка тампонажных материалов?

6.  Как регулируются свойства тампонажных растворов?

7.  Как регулируются свойства цементного камня?

8.  Что такое специальные добавки к тампонажным растворам?

9. Каким образом происходит регуляция реологических свойств тампонажных
растворов?

10. Какие виды специальных тампонажных материалов выпускаются в российской
промышленности?

Тема 2.3. Специальные виды тампонажных цементов и

растворов, условия их применения

и технология приготовления

Студент должен:

знать: специальные виды тампонажных цементов и растворов.

Понятие о специальных тампонажных цементах и растворах. Специальные тампонажные цементы и растворы: коррозионностойкие, расширяющиеся, гипсовые, гидрофобные, нефтецементные, полимер - и латексцементные, тампонажные растворы для крепления скважин в многолетнемерзлых породах.

Условия применения и технология приготовления специальных тампонажных растворов.

Литература: 1, с. 443...446; 3, с. 378...390, 399...407; 5, с. 56...61; 12, с. 106; 14, с. 106

19

Методические указания

Многообразию условий цементирования скважин не может удовлетворить единственный тип цемента, например портландцемент, применение которого ограничено как температурными условиями, так и величиной плотности приготовляемого раствора. С повышением температуры и давления сроки схватывания растворов из портландцементов резко сокращаются. Для качественного и долговечного разобщения пластов необходимо, чтобы цементный камень имел определенные характеристики (прочность, проницаемость, устойчивость) для данных условий скважины. Кроме того на проведение процесса цементировочных работ и их результат большое влияние оказывают реологические свойства тампонажного раствора и их изменение во времени, а также плотность и водоотдача.