Лекция № 14. Тампонирующие смеси для борьбы с поглощениями при бурении. Контроль качества ТМ.

Успех работ по борьбе с поглощениями в значительной мере определяется качеством применяемых тампонажных смесей.

Тампонажная смесь должна обладать рядом особенностей. Она должна оставаться текучей в процессе транспортирования ее к месту поглощения и быстро схватываться, превращаясь в камень, за короткое время. Камень не должен разрушаться под действием пластовых вод, температуры и давления. Выбирать компоненты тампонажной смеси и устанавливать ее свойства следует с обязательным учетом конкретных условий скважины.

Многие свойства тампонажных смесей, применяемых для борьбы с поглощениями, близки к свойствам ТР, применяемых для цементирования обсадных колонн. Оценка пригодности тех и других материалов для применения их во многих случаях одинакова.

Физико-механические свойства камня из тампонажных смесей не регламентированы, но на основании данных практики и лабораторных исследований можно считать, что тампонажные смеси, затвердевающие в камень с механической прочностью на сжатие 3 – 4 МПа и проницаемостью (1 – 2) 10^-3 мкм, могут считаться вполне пригодными для проведения изоляционных работ.

Очень важным свойством тампонажных смесей для борьбы с поглощениями является рост вязкости после доставки их к месту поглощения. При этом должна быть сохранена подвижность смесей в процессе продавливания их в затрубное пространство скважины.

Для приготовления тампонажных смесей применяют различные вяжущие основы. Наиболее распространены неорганические вяжущие портландцемент (тампонажный, строительный), ГЗЦ, ГГЗЦ и др.

Применяют и волокнистый цемент, особенно при закупоривании относительно больших пор и трещин. Его приготовляют обычно на базе ПЦ. В качествен волокнистого наполнителя применяют материалы минерального и органического (естественного и искусственного) происхождения (асбестовые и кожаные волокна, измельченная пластмасса, ореховая и хлопковая скорлупа и др.). Обычно волокна материалов имеет длину до 8-10 см. При добавке в ПЦ порошкообразной резины получают так называемые пластические цементы.

Для борьбы с поглощениями применяют соляробентонитовые смеси. Они быстро повышают прочность структуры, что способствует эффективной герметизации поглощающего пласта. Однако соляробентонитовым смесям присущи недостатки – они реагируют на введение в их состав воды и имеют низкую механическую прочность.

Для ликвидации поглощений очень часто применяют быстросхватывающие смеси – БСС. Рассмотрим их.

БСС очень часто применяют при ликвидации поглощений в условиях, где температуры не превышают 50 – 70° С. в этих условиях тампонажные и строительные растворы имеют затяжные сроки схватывания, что не обеспечивает тампонирующего эффекта вследствие удаления раствора от ствола скважины. БСС, попав в трещины и каверны, меньше разбавляются пластовыми водами или буровым раствором и после доставления их к месту поглощения интенсивно загустевают и затвердевают в камень. Время превращения их в камень значительно меньше, чем обычных цементных растворов; время ожидания затвердевания цементного раствора (ОЗЦ) короче.

Обычно БСС приготовляют на базе тампонажных цементов с введением в воду затворения некоторого количества ускорителей процессов структурообразования (схватывания) растворов. Большинство реагентов или приемов, ускоряющих процессы схватывания ТР, способствуют увеличению механической прочности цементного камня на ранней стадии твердения.

В практике борьбы с поглощениями чаще используют хлорид кальция СаСl₂. При введении в цементные растворы с водой затворения 2 – 3 % СаС1₂начало схватывания раствора сокращается до 30 – 60 мин; начальная механическая прочность резко увеличивается. Для повышения качества изоляционных работ перед цементным раствором в скважину закачивают раствор хлорида кальция, очищающий стенки трещин и каналов, подлежащих тампонированию.

В качестве ускорителя сроков схватывания тампонажных растворов применяют также до 3 – 5 % поваренной соли NaCl. При несколько более повышенном ее содержании сроки схватывания тампонажного раствора замедляются.

Для подобных целей используют гипс как добавку к тампонажным цементам или самостоятельно, если температуры зоны поглощения не превышают 50 – 60⁰ С. В этих условиях иногда требуется применять и замедлители структурообразования для обеспечения необходимых сроков схватывания смеси. В качестве замедлителей используют те же реагенты, что и для замедления сроков схватывания тампонажных растворов при первоначальном цементировании.

Гипс обычно добавляют к цементу и смесь тщательно перемешивают. Цемент со смесью гипса при затворении водой отличается быстрыми сроками схватывания. Прочность раствора нарастает быстро: через 1 – 2 ч после затворения камень характеризуется пределом прочности на сжатие, равным более 10 МПа. Раствор при затвердевании несколько расширяется. Значительные количества жидкого стекла способствуют резкому увеличению структурообразования цементного раствора, однако при его использовании схема расположения наземного оборудования может быть усложнена. Для этого применяют также кальцинированную соду (в небольшой концентрации), которую следует вводить в тампонажный раствор (при затворении цемента) в количестве, точно соответствующем подобранному лабораторией.

В качестве быстросхватывающихся компонентов в цементы вводят различные смеси. Такие системы отличаются определенными преимуществами, однако во всех случаях все тампонажные растворы должны быть проверены в лаборатории в условиях, близких к существующим в скважине.

В ВолгоградНИПИнефти разработаны облегченные глиноцементные смеси с наполнителями для изоляции зон поглощения в глубоких скважинах. Состав раствора (в %): глинопорошок 50 – 70, тампонажный порошок 20 – 45, инертный наполнитель – керамзит, кварцевый песок с размерами частиц до 5 мм – 5. Плотность этих растворов составляет 1,25 – 1,45 г/см³.

Облегченные бентонитоцементные смеси с инертными наполнителями целесообразно применять при ликвидации полных поглощений бурового раствора в трещиноватых и кавернозных породах в скважинах на глубине более 3000 м при повышенной температуре в стволе (70 – 95 °С).

Качество ТМ контролируется на всех технологических процессах их производства и применения. В каждом технологическом процессе назначение и методы контроля качества тампонажных материалов различны.

В процессе производства ТМ контролируется состав (химический состав компонентов и их соотношение), параметры технологического процесса (температура обжига, влажность компонентов после сушки), степень измельчения и др. конечная продукция (а в некоторых случаях сырье и полуфабрикаты) проверяется на соответствие требованиям соответствующей нормативно-технической документации (НТД) ГОСТ, ОС, ТУ и т.д.

Важно отчетливо представлять себе, что назначение испытаний готовой продукции на соответствие требованиям НТД не в определении пригодности к применению, а в определении соответствия стандарту (образцу). Объем требований и их количественный уровень, методы испытаний выбираются такими, чтобы обеспечить, с одной стороны, необходимую и достаточную степень соответствия выбранному образцу, с другой стороны, достаточную и хорошую воспроизводимость при максимальной простоте методов испытаний.

В процессе производства контролируются многие параметры. Некоторые из них отражают требования НТД (например, содержание минеральных добавок в ПЦ, количество кварца в шлакопесчаном цементе), другие необходимо контролировать для обеспечения требований НТД, например химико-минералогический состав клинкера и металлургических шлаков, степень дисперсности (тонкость помола) сырьевой смеси.

При проектировании и подготовке технологии использования тампонажных материалов данные контроля могут оказаться полезными или даже необходимыми. Их можно запросить у предприятия -поставщика, ориентировочные значения можно взять из справочных руководств.

Качество тампонажных материалов в процессе их транспортировки и хранению контролируется по ограниченному числу параметров, обычно содержащихся в соответствующих НТД. Согласно отраслевым РД 39-2584-81 входной (при поступлении) контроль качества тампонажных материалов у потребителей нефтяной промышленности по объему, методике и требованиям аналогичен испытаниям на соответствие ГОСТ, ОСТ или ТУ.

В процессе хранения свойства ТМ изменяются. При этом контроль возможен по одному или нескольким параметрам. Для предприятий нефтяной промышленности в качестве такого параметра РД 39-2584-81 регламентирует предел прочности при изгибе образцов цементного камня, изготовленных и испытанных согласно требованиям НРД на данный цемент. Растекаемость тампонажного раствора должна быть не менее 18 см.

Удобный метод контроля – определение потерь при прокаливании ТМ. При прокаливании удаляются вода и углекислый газ, поглощенные из окружающей среды за время хранения. Чем выше потери при прокаливании, тем большие изменения претерпел тампонажный материал при хранении. При большой величине потерь при прокаливании следует проконтролировать сохранность технологических свойств. Определение потерь при прокаливании – простое и нетрудное измерение. Для его выполнения достаточно иметь муфельную печь с температурой до 900° С и аналитические (или точные технические) весы. Имеются автоматические приборы для определения потери массы при прокаливании с непрерывной записью температуры, потери массы и кривых дифференциально-термического анализа, например советский АТВУ-10 и венгерский «Дериватограф». Они позволяют выполнять его определение в течение 0,5 – 1 ч.

Контроль перед применением состоит из контроля качества исходных материалов, технологических свойств раствора и затвердевшего тампонажного материала. Обычно контроль качества исходных тампонажных материалов идентичен контролю при приемке, т.е. на соответствие требованиям ГОСТ и ТУ. Такой подход в принципе неверен. Проверять следует прежде всего пригодность этих материалов для конкретных условий применения.

Наиболее распространенная ошибка - проверка качества тампонажных материалов по процедуре нормативных испытаний (по методике ГОСТ или ТУ) и «подгонка» испытываемых материалов под требования НТД путем того или иного модифицирования. Однако требования этих стандартов не распространяются на цементы с ускорителями, замедлителями и т.д. Контроль на этой стадии технологического процесса должен включать:

Очень важное значение имеют правильный отбор представительной пробы исходных материалов — порошкообразных и жидких — и максимальное приближение условий лабораторных испытаний к реальным условиям тампонажных работ.

Контроль в процессе проведения тампонажных работ включает контроль состава жидкости затворения и состава тампонажного раствора, т.е. заданного соотношения жидкости затворения и порошкообразного материала. Контроль заключается в проверке средней пробы тампонажного раствора, отобранной в процессе тампонажных работ, на соответствие заданным составу и свойствам. Для последующего контроля оставляют такие же средние пробы порошкообразных материалов и жидкости затворения, которые сохраняют установленный НТД срок в герметичной инактивной таре.

Лабораторные методы испытаний при контроле качества тампонажных материалов нормированы. В ГОСТе 26738.0-85 нормированы приемы отбора и подготовки пробы, величины водосодержания растворов при испытании различных цементов на соответствие требованиям ГОСТ 1581-85, масса проб для каждого вида испытаний, приемы и аппаратура (мешалка) для приготовления пробы раствора, температура испытаний различных тампонажных цементов, точность определения параметров испытаний и т.д.

ГОСТ 26798.1-85 нормирует процедуру и аппаратуру для определения растекаемости, плотности, времени загустевания, сроков схватывания и водоотдачи раствора при испытании тампонажных портландцементов на соответствие требованиям ГОСТ 1581-85.

ГОСТ 26798.2-85 нормирует процедуру и аппаратуру для определения прочности цементного камня при испытании тампонажных портландцементов на соответствие требованиям ГОСТ 1581-85.

ОСТ 39-051 -77 «Раствор тампонажный. Методы испытаний» распространяется на тампонажный раствор, предназначенный для цементирования нефтяных и газовых скважин в области положительных температур, и устанавливает единые средства измерения и лабораторные методы определения растекаемости, плотности, сроков схватывания, времени загустевания, водоотдачи раствора, а также прочности и проницаемости цементного камня независимо от вида тампонажного цемента.

Подробно методы испытаний и аппаратура описаны в указанных стандартах и в справочной литературе.

ОСТ 39-116-81 «Технология цементирования скважин. Методика расчета температуры тампонажного раствора» распространяется на вновь проектируемые нефтяные, газовые и другие буровые скважины и устанавливает методику расчета температуры ТР при цементировании скважин.

1. Какими особенностями обладают ТС для ликвидации зон поглощения?

2. Что добавляют в качестве ускорителя схватывания в БСС?

3. В каком количестве добавляют жидкое стекло в БСС?

4. Какие параметры контролируются в процессе производства ТМ?

5. Какие методы контроля применяются при оценке качества ТМ?

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: