РАЗРАБОТКА СУХИХ ТАМПОНАЖНЫХ И БУФЕРНЫХ СМЕСЕЙ URL:

Повышение качества цементирования обсадных колонн в сложных горно- геологических условиях. Проведенные в течение нескольких лет работы по цементированию разных обсадных колонн (кондукторов, технических, эксплуатационных) в сложных горно-геологических условиях, опытно-промышленные работы в том числе, позволили установить, что хорошее качество цементирования можно обеспечить в результате последовательного применения седиментационно-устойчивых аэрированных эрозионного буферного, облегченного, а также нормальной плотности расширяющихся тампонажных растворов. Седиментационно-устойчивые аэрированный облегченный и нормальной плотности тампонажные растворы образуют в процессе твердения при низких (до 20 0 С), нормальных ( С) и умеренных ( С) температурах аэрированный и нормальной плотности расширяющиеся газоводонепроницаемые тампонажные камни с повышенной деформативной способностью. Расширение образующихся аэрированных и нормальной плотности тампонажных камней вызвано возникновением в процессе гидратации новообразований с большими размерами молекул, занимающих значительно больший объем (на %), чем исходные оксиды металлов, минералов и некоторые кристаллогидраты. Седиментационно-устойчивые аэрированный эрозионный буферный, а также аэрированный облегченный и нормальной плотности расширяющиеся тампонажные растворы приготавливаются соответственно из порошкообразных эрозионной буферной и расширяющихся тампонажных смесей полностью заводского изготовления (завод сухих смесей). Разработанные и запатентованные многокомпонентные порошкообразные эрозионная буферная и расширяющиеся тампонажные смеси получаются путем тщательного перемешивания сухих порошкообразных компонентов, подаваемых в смеситель через весовые дозаторы. Затаривание приготовленных порошкообразных смесей производится в мягкие контейнеры (МКРы) массой 1000 кг. Доставка смесей потребителям осуществляется железнодорожным (полувагоны) или автомобильным транспортом. Регулирование плотностей аэрированных эрозионного буферного и расширяющегося тампонажного растворов в широких диапазонах производится либо за счет некоторого изменения водосмесевого отношения, либо в емкостях осреднительных за счет изменения интенсивности и продолжительности их гидродинамической активации (перемешивания). Применение простейших технологических приемов на практике позволяет, за счет аэрации, получать требуемые плотности растворов.

Аэрированные эрозионный буферный и расширяющийся тампонажный растворы обладают пониженной водоотдачей, упругостью, высокой седиментационной устойчивостью, удерживающей и выносной способностью, способностью повышать скорость движения в заколонном пространстве при снижении давления сверху составного столба растворов и осуществлять приствольную кольматацию проницаемых пластов. При температурах применения выше 30 0 С аэрированные эрозионный буферный и тампонажный растворы расширяются. Расширение их вызвано возникновением на границах раздела фаз (жидкость затворения – пузырьки воздуха) капиллярного (порового) давления. С повышением температуры расширение жидкости затворения и пузырьков воздуха возрастает, а соответственно повышается величина капиллярного (порового) давления, что способствует повышению кольматирующей способности аэрированных растворов. Таким образом, за счет капиллярного (порового) давления и возникновения новообразований с большими размерами молекул при температурах применения выше 30 0 С прежде расширяется тампонажный раствор, а затем образуется расширяющийся тампонажный камень с повышенной деформативной способностью. Обладая высокой адсорбцией, расширившиеся пузырьки воздуха скапливаются (расклиниваются) в порах и трещинах проницаемой горной породы и способны выдерживать сколь угодно высокое гидродинамическое давление при продавке в заколонное пространство аэрированных растворов, поэтому поглощения исключаются даже при достаточно высоких базовых (получаемых при низких интенсивностях и продолжительностях перемешивания) плотностях применяемых аэрированных тампонажных растворов. Последовательное применение аэрированных эрозионного буферного, облегченного, а также нормальной плотности расширяющихся тампонажных растворов позволяет реализовать на практике инновационную технологию цементирования обсадных колонн в условиях низких пластовых давлений, проницаемых пород стволов, призабойных зон и продуктивных пластов, сохраняя при этом природные коллекторские свойства последних. Сущность разработанной и запатентованной инновационной технологии состоит в том, что все обсадные колонны предлагается цементировать в один прием с использованием одной либо двух порошкообразных расширяющихся тампонажных смесей, исключив, где это допустимо, использование устройств ступенчатого цементирования, а расчет возникающих в процессе продавки давлений в заколонном пространстве производить с использованием базовых плотностей эрозионного буферного и тампонажных растворов. Для цементирования каждой конкретной обсадной колонны выбираются базовые плотности эрозионного буферного и тампонажных растворов, при которых гарантированно исключается гидроразрыв пород. Повсеместное предотвращение гидроразрыва пород достигается за счет различия между гидростатическими давлениями столбов эрозионного буферного и тампонажных растворов и давлением гидроразрыва, которое должно составлять не менее 2-3МПа.

Для существенного понижения возникающего в процессе продавки гидродинамического, а по окончании продавки гидростатического давлений предлагается целенаправленно формировать составной столб растворов в заколонном и межколонном пространствах цементируемых обсадных колонн, позволяющий всякий раз удаляться от давления гидроразрыва. Качественное замещение бурового раствора в заколонном и межколонном пространствах предлагается осуществлять с использованием максимально большой массы порошкообразной эрозионной буферной смеси, из которой приготавливается, за счет высокой гидродинамической активации, большой объем седиментационно- устойчивого аэрированного эрозионного буферного раствора. Нагнетаемый в цементируемую обсадную колонну аэрированный эрозионный буферный раствор низкой плотности практически полностью сжимается до базовой плотности даже при невысоких давлениях нагнетания, а при продавке в заколонное и межколонное пространства распределяется естественным путем в соответствии с гидравлическим давлением сверху. В нижней части заколонного пространства плотность раствора будет повышаться и приближаться к базовой, а в верхней части – понижаться и приближаться к плотности в емкости осреднительной. При этом гидродинамическое и гидростатическое давления составного столба на проницаемые пласты окажутся значительно пониженными, что исключит их гидроразрыв даже при больших расходах и соответственно высоких скоростях движения растворов в заколонном пространстве скважины при продавке. Аналогичным образом ведут себя при приготовлении, нагнетании в цементируемую обсадную колонну и продавке в заколонное и межколонное пространства аэрированные тампонажные растворы. В условиях заколонного пространства расширение аэрированного облегченного и нормальной плотности тампонажных растворов и образующихся тампонажных камней, полностью завершающееся за первые сутки твердения, понижается, но остается при этом достаточно большим. Тампонажные камни уплотняются, а их прочность в последующие сроки твердения существенно повышается. Технологические свойства аэрированных эрозионного буферного, облегченного и нормальной плотности тампонажных растворов, образующие в процессе твердения при низких (до 20 0 С), нормальных ( С) и умеренных ( С) температурах расширяющиеся газоводонепроницаемые тампонажные камни с повышенной деформативной способностью и предназначенные для цементирования различных обсадных колонн, приведены в таблицах. На фото представлены образцы аэрированных облегченных и нормальной плотности расширяющихся тампонажных камней с низкой пористостью и проницаемостью. Результаты акустической и радиоактивной цементометрии обсадных колонн, зацементированных с использованием аэрированных эрозионного буферного и расширяющихся тампонажных растворов, приведены ниже.

Технологические свойства растворов и физико-механические параметры образующихся тампонажных камней для цементирования различных обсадных колонн Показатели растворов и камней Значения показателей растворов и камней эрозионного буферногооблегченного тампонажного базовой плотности аэрирован ного базовой плотности аэрированного базовой плотности аэрированного базовой плотности аэрированного Жидкость затворениявода пресная Водосмесевое отношение, м 3 /т 0,650,6 0,65 0,6 Перемешивание растворовручноемешалкаручноемешалка ручноемешалка ручное мешалка Время перемешивания растворов, мин Плотность растворов, кг/м Изменение плотности в результате аэрации, кг/м Водоотделение растворов, мл 203, Растекаемость, мм Температура твердения, °С Время начала загустевания растворов при Р=0,1МПа, ч-мин >7-00> Плотность образующихся камней за 1 сут/2 сут/5 сут твердения при Р=0,1МПа, кг/м 3 /1640/1650 /1510/ /1600/ /1350/ /1640/ /1330/1330 Прочность камней на изгиб за 1 сут/2 сут/5 сут твердения при Р=0,1МПа, МПа /1,12/1,57 /1,22/1,42 1,6/2,02/2,841,04/1,47/1,81 2,35/3,0/3,14 1,3/1,71/1,8 Расширение камней за 1 сут/2 сут/5 сут твердения при Р=0,1МПа, % /6,75/6,75 /6,0/6,25 7,25/7,25/7,257,93/8,25/8,25 6,25/6,75/6,75 5,75/5,75/5,75

Технологические свойства растворов и физико-механические параметры образующихся тампонажных камней для цементирования различных обсадных колонн Показатели растворов и камней Значения показателей растворов и камней эрозионного буферногооблегченного тампонажного базовой плотности аэрированногобазовой плотностиаэрированного базовой плотностиаэрированного Жидкость затворениявода слабосоленая 1030 кг/м 3 Водосмесевое отношение, м 3 /т 0,70,65 Перемешивание растворовручноемешалкаручноемешалка ручноемешалка Время перемешивания растворов, мин 33 3 Плотность растворов, кг/м Изменение плотности в результате аэрации, кг/м Водоотделение растворов, мл 1,50,51,5 00 Растекаемость, мм Температура твердения, °С Время начала загустевания растворов при Р=0,1МПа, ч-мин >7-00> Плотность образующихся камней за 1 сут/2 сут/5 сут твердения при Р=0,1МПа, кг/м /1680/ /1500/ /1650/ /1370/1380 Прочность камней на изгиб за 1 сут/2 сут/5 сут твердения при Р=0,1МПа, МПа 1,18/1,65/2,61,09/1,56/2,37 2,36/2,54/2,741,53/1,64/1,99 Расширение камней за 1 сут/2 сут/5 сут твердения при Р=0,1МПа, % 3,5/3,75/3,753,75/4,0/4,25 3,35/3,5/3,753,0/3,0/3,75

Технологические свойства растворов и физико-механические параметры образующихся тампонажных камней для цементирования различных обсадных колонн Показатели растворов и камней Значения показателей растворов и камней эрозионного буферного тампонажного нормальной плотности базовой плотностиаэрированного Жидкость затворениявода пресная Водосмесевое отношение, м 3 /т 0,650,48 0,42 Перемешивание растворовручноемешалка Время перемешивания растворов, мин Плотность растворов, кг/м Изменение плотности в результате аэрации, кг/м Водоотделение растворов, мл Растекаемость, мм Температура твердения, °С Время начала загустевания растворов при Р=0,1МПа, ч-мин Плотность образующихся камней за 1 сут/2 сут/5 сут твердения при Р=0,1МПа, кг/м /1830/ /1840/ /1920/1920 Прочность камней на изгиб за 1 сут/2 сут/5 сут твердения при Р=0,1МПа, МПа 2,12/3,54/5,15 3,14/4,98/5,53 4,9/5,3/6,5 Расширение камней за 1 сут/2 сут/5 сут твердения при Р=0,1МПа, % 6,75/6,75/6,75 13,25/13,25/13,25 6,3/6,3/6,45

Технологические свойства растворов и физико-механические параметры образующихся тампонажных камней для цементирования различных обсадных колонн Показатели растворов и камней Значения показателей растворов и камней эрозионного буферного нормальной плотности тампонажного нормальной плотности Жидкость затворениявода соленая 1190 кг/м 3 Водосмесевое отношение, м 3 /т 0,670,48 Перемешивание растворовмешалка Время перемешивания растворов, мин 3 Плотность растворов, кг/м Водоотделение растворов, мл Растекаемость, мм Температура твердения, °С Время начала загустевания растворов при Р=0,1МПа, ч-мин Плотность образующихся камней за 1 сут/2 сут/5 сут твердения при Р=0,1МПа, кг/м /1880/ /1840/ /1830/1810 Прочность камней на изгиб за 1 сут/2 сут/5 сут твердения при Р=0,1МПа, МПа 3,22/4,82/5,62 4,11/5,02/5,76 3,89/4,55/4,64 Расширение камней за 1 сут/2 сут/5 сут твердения при Р=0,1МПа, % 5,3/5,3/5,5 9,5/9,5/9,5 9,5/10,3/10,3

Компоненты, показатели растворов и камней Порошкообразная расширяющаяся тампонажная смесь (ПРТС), образованная при использовании термостойкой пластифицирующе-расширяющей добавки (ТПРД) к ПЦТ I-G-CC-1 Сухоложского завода Значения свойств растворов и показателей камней Жидкость затворениявода пресная вода слабосоленая (2% CaCl 2 ) вода пресная Дозировка ПЦТ% + ТПРД%75% + 25% 85% + 15%80% + 20% Дозировка замедлителя, %000,20,23 Водосмесевое отношение, м 3 /т 0,40,50,440,5 Перемешивание растворовмешалка Время перемешивания растворов, мин 3 Плотность растворов, м 3 /т Водоотделение растворов, мл Растекаемость, мм Температура динамическая, °С Время начала загустевания растворов при Р=0,1МПа, ч-мин >7-00> >7-00 Температура твердения (статическая), °С Сроки схватывания растворов при Р=0,1МПа, ч-мин начало > >7-00 конец> >7-00 Плотность образующихся камней за 1 сут/2 сут/5 сут твердения, кг/м /1930/ /1830/ /1780/ /1730/ /1840/ /1790/179 0 Прочность камней на изгиб за 1 сут/2 сут/5 сут твердения, МПа 1,97/4/5,971,78/2,65/3,42,85/4,2/4,913,24/4,7/5,24,96/6,0/6,73,8/5,1/6,0 Расширение камней за 1 сут/2 сут/5 сут твердения при Р=0,1МПа, % 8,7/8,7/8,74,3/5,5/6,216,3/16,5/16,515,0/15,3/15,33,3/3,5/3,58,7/9,1/9,1

Компоненты, показатели растворов и камней Порошкообразная расширяющаяся тампонажная смесь (ПРТС), образованная при использовании термостойкой пластифицирующе-расширяющей добавки (ТПРД) к ПЦТ I-G-CC-1 Сухоложского завода Значения свойств растворов и показателей камней Жидкость затворениявода пресная вода слабосоленая (2% CaCl 2 ) вода слабосоленая (4% CaCl 2 ) вода пресная Дозировка ПЦТ% + ТПРД%75% + 25% Дозировка замедлителя, %00000,10,12 Водосмесевое отношение, м 3 /т 0,630,65 0,63 Перемешивание растворовмешалка Время перемешивания растворов, мин 3 Плотность растворов, м 3 /т Водоотделение растворов, мл Растекаемость, мм Температура динамическая, °С Время начала загустевания растворов при Р=0,1МПа, ч-мин > >7-00 Температура твердения (статическая), °С Сроки схватывания растворов при Р=0,1МПа, ч-мин начало > конец>8-00 > Плотность образующихся камней за 1 сут/2 сут/5 сут твердения, кг/м 3 Р=0,1МПа /1370/1380 /1450/1450 /1440/ /1330/ /1430/ /1390/139 0 Р=10МПа /1700/ 1720/ / 1710/ / 1700/ / Прочность камней на изгиб за 1 сут/2 сут/5 сут твердения, МПа Р=0,1МПа /0,8/1,23 /0,97/1,57 /1,24/1,88 0,7/1,0/1,151,36/1,7/1,81,32/1,6/1,9 Р=10МПа /1,67/ 3,1/ / 3,92/ / 3,11/ / Расширение камней за 1 сут/2 сут/5 сут твердения при Р=0,1МПа, % /10,3/10,3 /3,8/3,8 /2,5/2,5 18,0/18,0/18,012,8/12,8/13,012,3/12,8/12,8