УДК 691.544
УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ ТАМПОНАЖНЫХ РАСТВОРОВ
ФГБОУ ВО «Саратовский государственный технический университет имени », Россия, Саратов, магистрант, e-mail: *****@***ru
Аннотация. Данная статья посвящена обзору применяющихся на данный момент методов и материалов для регулирования технологических свойств тампонажных растворов применяющихся для герметизации заколонного пространства при строительстве и ремонте скважин для добычи нефти и газа.
Ключевые слова: тампонажный раствор, тампонажный камень, заколонное пространство, герметизация скважины.
MANAGEMENT TECHNOLOGICAL PROPERTIES OF CEMENT SLURRY
Ponomarev Ilya Vitalevich
Federal State Educational Institution of Higher Education «Saratov state technical University named after Y. A. Gagarin», Russia, Saratov, Undergraduate, e-mail: *****@***ru
Annotation. This article reviews the currently applied methods and materials for the adjustment of the properties of cement slurry is applied to seal the casing annulus during the construction and repair of wells for oil and gas.
Key words: grouting mortars, stone backfill, annular space, sealing well.
Одной из важнейших задач при строительстве нефтяных и газовых скважин является обеспечение герметичности вскрываемых бурением выше и ниже залегающих пластов.
Самым распространенным технологическим решением герметизации попутных геологических горизонтов на сегодняшний день является метод спуска обсадных труб и заполнение их затрубного пространства специальной технологической жидкостью – тампонажным раствором, обладающим свойством в течении определенного времени переходить в твердое камневидное состояние – цементный камень. Для обеспечения надежной герметизации данная система должна обладать минимальной проницаемостью и максимально возможной прочностью.
Успех герметизации заколонного пространства при строительстве скважин в большей степени зависит от физико-химических свойств, используемых тампонажных материалов, процессов происходящих при формировании камня в затрубном пространстве, условиями воздействия окружающей среды и насыщающих пласт флюидов.
Регулирование технологических свойств тампонажных растворов осуществляется за счет введения в состав различных добавок влияющих на физико-химические свойства тампонажного раствора (камня). Перечень свойств достаточно разнообразен, однако можно выделить основные направления регулирования технологических свойств раствора (камня).
Ускорение и замедление скорости схватывания тампонажного раствора. Сократить скорость твердения возможно за счет: нейтрализации щелочей, содержащихся в тампонажном портландцементе; снижения перенасыщения гипсом под действие добавок – готовых центров кристаллизации; образования комплексных солей алюминатов кальция; катализа образования гидросульфоалюмината. Замедление процессов будет происходить: в результате повышения pH до значения 12; перенасыщения раствора гипсом; образование нерастворимых соединений на поверхности цементных частиц.
Плотность тампонажного раствора регулируется в диапазоне от 1400 кг/м3 до 2300 кг/м3 путем регулирования В/Ц отношения; регулирования плотности жидкости затворения; замены части вяжущего на вяжущее большей или меньшей плотности; заменой части объема жидкой или твердой фазы газообразной фазой; введением утяжеляющих или облегчающих добавок.
Регулирование объема цементного камня может быть выполнено с помощью ввода веществ образующих при химической реакции между собой или вяжущим газообразных продуктов (актуально для атмосферного давления) или вводом веществ, которые при химической реакции между собой или другими веществами цементного раствора образуют кристаллические продукты. Рост кристаллов этих веществ в порах цементного камня является причиной напряжений, вызванных кристаллизационным давлением. На ранней стадии цементному камню присуща открытая пористость, поэтому гидростатическое давление не препятствует деформации среды и существенно не влияет на расширение (в основном применяются добавки на оксидной основе).
Регулирование фильтрационных свойств тампонажных растворов осуществляется путем ввода высокомолекулярных соединений и водоудерживающих добавок (глинопорошки), которые в свою очередь подразделяются по области температурной эксплуатации скважин за цементным кольцом: менее 75єС (метилцеллюлоза, декстрин, бентонитовая глина), от 75єС до 100єС (окзил, декстрин, гипан), от 100єС до 130єС (хромпик, метас), от 130єС до 160єС (сочетиня гипана, хромпика, окзила, метаса) и более 160єС (сочетиня гипана, хромпика, окзила, метаса).
Регулирование реологических свойств тампонажного раствора может быть выполнено путем ввода: неорганических реагентов (бораты, фосфаты и электролиты); аминоспиртов и фенолов (триэтаноламин, гидрохинон); окси-, аминокарбоновых кислот и их солей (лимонная, виннокаменная); сахара (сахароза, глюказа); производственных полисахаридов (крахмал, модифицированных крахмал, эфиры целлюлозы); производные лигнина (активированные гидролизные лигнины, лигносульфонаты); природные таниновый продукты и синтаны (каштановый экстракт, пековый реагент); гуматы (улещелочный реагент, торфощелочный реагент); поверхностно-активные мылообразные вещества (сульфанол, сульфонатриевые соли); продукты на основе виниловых и акриловых полимеров (гидролизованный полиакриламил, поливинилсульфонаты); прочие добавки органического происхождения (кремнийорганические жидкости).
Регулирование деформативной стойкости цементного камня в заколонном пространстве очень слабо изучено в отрасли ввиду конструктивной сложности получения экспериментальных данных частот колебаний и показателей смещения в процессе работы в различных технологических режимах и осуществляется на данный момент только с помощью армирующих добавок: волокна асбеста марки К-6-30, микроволокнами валлостонитого концентрата, базальтовым волокном.
Обладание навыками управления технологическими свойствами тампонажных растворов в значительной мере поможет специалистам участвующим в проектировании и строительстве скважин в поиске решений направленных на увеличение сроков эксплуатации скважин, безаварийную работу и улучшение экологической обстановки на месторождениях нефти и газа. Так же полученный опыт исследований и применения новых решений может быть использован в других отраслях промышленности: электрохимзащита подземных коммуникаций от коррозии, прокладка подземных коммуникаций, строительство подземных сооружений и др.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
, Данюшевский материалы. – М.: Недра, 1987. – 280 с. Булатов физико-механическими свойствами тампонажных систем. – М.: Недра, - 1975. – 248 с. Костырин материалы и химреагенты. – М.: Недра, 1989. – 144 с. , , Овчинников -химические процессы твердения, работа в скважине и коррозия цементного камня: Учеб. пособие для вузов. – Тюмень: Издательско-полиграфический центр, «Экспресс», 2011 – 368 с.