- •Удержание частиц выбуренной породы во взвешенном состоянии
- •Физико-химическое воздействие на разрушаемые горные породы
- •Предохранение бурильного инструмента и оборудования от коррозии и абразивного износа
- •Антивибрационные функции
- •Требование к качеству воды для приготовления глинистых растворов
- •Неорганические реагенты (электролиты)
- •Вещества специального назначения
- •Растворы полимеров
- •Улучшенные глинистые растворы
- •Ингибированные глинистые растворы
- •Глинистые растворы с добавками веществ специального назначения
- •Утяжеленные глинистые растворы
- •Аэрированные глинистые растворы
- •Карбонатные промывочные жидкости
- •Аргиллитовые растворы
- •Пены
- •Гидравлическое приготовление глинистых растворов
- •Гидравлические методы очистки
- •ТРЕБОВАНИЯ К ТАМПОНАЖНЫМ СМЕСЯМ
- •Активация цементных растворов
- •Приготовление цементных растворов
- •Глиноцементные растворы
- •Глинистые пасты
- •Нетвердеющие смеси
- •Полимерцементные смеси
вестково-кремнеземистых. Известковые растворы применяются при борьбе с поглощениями (В/Т=0,4-ь0,45), и для тампониро вания глубоких высокотемпературных скважин (Б /Г = 0,5—
-0 ,5 5 ).
Для повышения стабильности в них вводят небольшие ко личества глинистого раствора. Известково-глинистые растворы содержат в качестве твердой фазы известь и бентонитовую гли ну в соотношении от 1 :5 до 1 :3 . Для повышения текучести в раствор с водой затворения вводят до 8% ССБ. Применяются и известково-песчаные растворы, содержание песка в которых до ходит до 200%. Известковые растворы используются редко.
§9. ТАМПОНАЖНЫЕ РАСТВОРЫ НА ОСНОВЕ ГЛИН
Ктампонажным растворам на основе глин в первую очередь относятся глинистые растворы с повышенным содержанием твер дой фазы и добавками структурообразователей, которые образу ют в растворах нетвердеющие, но упрочняющиеся во времени коагуляционные структуры. Наиболее распространены в качест ве структурирующих добавок цемент, жидкое стекло, гипс, але бастр, а также их комбинации. Д ля улучшения тампонирующих свойств вводят наполнители. Свойства таких растворов регули руются в широких пределах как содержанием глины в исход ном глинистом растворе, так и видом и количеством структурообразователя.
Для нетвердеющих составов очень важно подобрать такую рецептуру, которая бы обеспечивала необходимый рост проч ностных характеристик при упрочнении структуры раствора в трещинах и в то ж е время минимально сказывалась на всасы вающих возможностях насосов. Не менее важны и реологиче ские свойства, так как они определяют условия растекания рас твора в трещинах и величину потерь давления *в нагнетательной линии.
Основные характеристики тампонажных растворов на основе
глин — плотность, растекаемость, статическое напряжение сдви га, пластическая прочность и характер ее изменения во времени. Эти растворы применяются для борьбы с поглощениями.
Глиноцементные растворы
Глиноцементные растворы широко применяются вследствие технологичности приготовления и использования и простоты ре гулирования свойств. Они представляют собой глинистый рас твор со структурирующей добавкой, в качестве которой исполь зуется тампонажный цемент или комбинация цемента с жидким стеклом.
Глиноцементные растворы при высоких структурно-механиче ских и закупоривающих свойствах хорошо прокачиваются насо сами, так как в поглощающую зону они нагнетаются в основном
через бурильные трубы. По прочностным свойствам структуры и характеру нарастания прочности во времени они занимают промежуточное положение между глинистыми и цементными рас творами.
Глиноцементные растворы, перекачиваемые насосом, тампо нажного камня не дают, конечный продукт упрочнения — глино подобная масса, надежно перекрывающая каналы ухода промы вочной жидкости. В этом случае большое значение имеют уп рочнение структуры раствора, структурообразование, стабилиза ция.
По интенсивности воздействия структурирующих добавок на структурно-механические характеристики глиноцементных рас творов глины располагаются в следующем порядке: бентонито вые, иллитовые и каолиновые. Однако бентонитовые глины очень чувствительны к добавкам, вследствие чего сложно регулиро вать структурно-механические свойства при сохранении прокачиваемости растворов на базе бентонитовых глин. Поэтому для практики больше приемлемы менее качественные глины, колеба ния свойств которых при отклонениях от рецептуры не столь
чувствительны. |
Добавки цемента в глинистые растворы из |
као |
линовых глин |
составляют (на 1 м3 исходного раствора) от 30 |
|
до 100 кг, они |
обусловлены требованием прокачиваемое™ |
рас |
твора. |
|
|
Наибольшее значение для интенсивности роста прочности структуры глиноцементных растворов имеет содержание глины. Д ля примера на рис. 74 приведен характер изменения прочно*
Рис. 74. |
Зависимость |
пластической |
Рис. 75. |
Зависимость пластической |
||||
прочности |
глиноцементных |
раство |
прочности тампонажных растворов с |
|||||
ров от содержания в них глин и це |
добавками |
жидкого |
стекла, |
напол |
||||
мента: |
цемента, г/л: |
1 —30; |
2—60; |
нителя и |
их комбинаций |
от |
содер |
|
содержание |
жания глины в исходном растворе: |
|||||||
3 —90 |
|
|
|
/ —исходный раствор; |
2—раствор с до |
|||
|
|
|
|
бавкой 10 кг/м3 жидкого стекла; |
3 —рас |
|||
|
|
|
|
твор с добавкой 50 кг/м3 древесных опи |
||||
|
|
|
|
лок; 4 —раствор с введением |
одновремен |
|||
|
|
|
|
но указанных компонентов |
|
|
сти структуры (пластической прочности) тампонажного раство ра в зависимости от плотности исходного глинистого раствора, приготовленного из глин Дружковского месторождения; время стабилизации 60 мин. При росте плотности исходного глинисто го раствора с 1,16 до 1,21 г/см3 (что соответствует увеличению содержания глины на 31% ) пластическая прочность структуры повышается в 2 рази при содержании цемента 30 г/л, почти в 2,5 раза при содержании цемента бОг/л и в 2,7 раза при содер жании цемента 90 г/л.
Аналогичным образом, но при меньших добавках (от 5 до 15 г/л) действует жидкое стекло.
При введении наполнителей тампонажный раствор остается вязкопластичным на всех этапах упрочнения структуры. Допол нительно появляется закупоривающий эффект, который приво дит в конечном счете к уменьшению расхода тампонажного рас твора. Гидрофильные наполнители (древесные опилки, кожа- «горох», подсолнечная лузга) активно влияют на характер ро ста прочности структуры тампонажных растворов, повышая ста тическое напряжение сдвига и пластическую прочность. В при сутствии цемента влияние гидрофильных наполнителей резко возрастает. Это объясняется обезвоживанием дисперсной систе мы вследствие впитывания воды наполнителями. Для глинистых растворов это аналогично повышению содержания глинистой фазы, для тампонажных растворов — уменьшению водотвердого отношения.
Наиболее приемлемы в качестве наполнителя древесные опил ки как материал недефицитный и не влияющий в такой степени, как другие наполнители, на работу буровых насосов. Они явля ются наиболее активными по степени воздействия на интенсив ность роста прочности структуры.
На рис. 75 приведен характер влияния жидкого стекла, на полнителя и их комбинаций с добавками цемента на прочность структуры раствора через 1 ч стабилизации при изменении со держания глины в исходном глинистом растворе и содержании цемента 60 кг/м3.
Реологические показатели глиноцементных растворов с ро стом содержания структурирующих добавок значительно увеличиваются. Так, добавка 30 кг/м3 цемента приводит к увеличе нию структурной вязкости на 18—20%, динамического напряже ния сдвига в 2—4 раза, что ведет к значительному повышению гидравлических сопротивлений при перекачке глиноцементных растворов. Упрочняясь, они остаются телами Шведова — Бин гама.
Глинистые пасты
Нередко для ликвидационного тампонирования и борьбы с поглощениями используются пластичные глины и глинистые па сты. Пластичные глины используются в виде шариков, забра
сываемых с поверхности или доставляемых в колонковых тру бах. Глинистые пасты представляют собой составы с высоким содержанием твердой фазы. Наиболее проста смесь глины с во дой в соотношении от 1:0,5 до 1:1 . Такие пасты являются непрокачиваемыми системами и доставляются в зону тампониро вания заливкой через устье и в колонковых трубах. Свойства глинистых паст не контролируются.
|
Более сложный состав имеет паста, получаемая из глинисто |
||
го |
раствора, |
обработанного |
кальцинированной содой — добав |
кой |
10— 15% |
известкового |
молока. При перемешивании смесь |
быстро густеет, образуя плотную липкую массу, которая не име ет растекаемости по конусу АзНИН-
Глинистые пасты на нефтяной основе представляют собой смесь глинопорошка (обычно бентонита) и дизельного топлива или нефти в соотношении примерно 1 :1 . При смешивании такой тампонирующей смеси с промывочной жидкостью в скважине глина гидратируется и образуется прочная пластичная масса. Смесь довольно легко прокачивается насосом и проходит в тре щины проницаемого пласта. При закачке соляро-бентонитовых паст через бурильные трубы для ускорения гидратации в затрубное пространство заливают воду или глинистый раствор примерно с такой же подачей.
В последние годы начинают применять глинистые пасты с полимерными коагулирующими добавками, что позволяет полу чать высококонсистентные составы при относительно неболь шом содержании твердой фазы.
Глава XIII
ТАМПОНАЖНЫЕ РАСТВОРЫ НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
Большинство из таких растворов представляет собой составы на основе высокомолекулярных органических соединений и при меняется главным образом для изоляции поглощающих горизон тов, реже для закрепления горных пород и установки мостов в скважинах.
§ I. ТАМПОНАЖНЫЕ СМЕСИ НА ОСНОВЕ СИНТЕТИЧЕСКИХ СМОЛ
Твердеющие смеси
Наиболее распространенные тампонажные смеси на основе синтетических смол — быстротвердеющие смеси (БТС). Они подчиняются закону течения Ньютона. Простейший тампонаж ный состав— смесь смолы с отвердителем, однако чаще смолы разбавляют водой. Это позволяет удешевить состав, повысить
его проникающую способность. Приготовление таких смесей сво дится к разбавлению исходной смолы водой и последующему перемешиванию с отвердителем перед использованием.
Тампонажные смеси на основе синтетических смол оценива ются плотностью, вязкостью, растекаемостью, началом загустевания (гелеобразования), временем твердения или началом по лимеризации и концом полимеризации. Тампонажный камень характеризуется внешним видом и прочностными характеристи ками. Плотность тампонажной смеси измеряется ареометром АГ-ЗПП, вязкость—гвискозиметром ВБР-5, растекаемость — по конусу АзНИИ. Сложнее обстоит дело с оценкой других пара метров, так как они связаны с кинетикой отверждения.
Так, для наиболее распространенных карбамидных смол ки нетика застудневания и твердения выглядит следующим обра зом. В неотвержденном состоянии мочевиноформальдегидные смолы представляют собой коллоидные растворы с глобулами диаметром 0,02—0,05 мкм из цепных макромолекул метилольных соединений. При введении отвердителей начинается процесс структурообразования, который можно подразделить на три эта па (стадии).
1.Стадия свободнодисперсной структуры, отличающаяся по стоянством значений вязкости.
2.Стадия связно-дисперсная, включающая фазы скрытой коагуляции и гелеобразования. На стадии скрытой коагуляции глобулы соединяются в коллоидные агрегаты без выделения их из раствора. В период гелеобразования из золя непрерывно вы деляются продукты коллоидной агрегации с образованием жест кого пространственного каркаса. Следует отметить, что при не благоприятном (малом) соотношении компонентов золя количе ство продуктов коллоидной агрегации может оказаться недоста
точным для образования жесткого каркаса. Тогда происходит их седиментация.
3. Стадия упрочнения структурных связей соответствует ла винному нарастанию структурной прочности с агломерацией структурных элементов до образования сплошной аморфной массы.
Стадийно происходит отверждение и других синтетических смол. Стадии переходят одна в другую постепенно, что не позво ляет четко разграничить продолжительность каждой. Так, на чало гелеобразования определяется визуально. Степень загустевания в процессе отверждения измеряется на консистометре. Для оценки времени твердения используется игла Вика, хотя это измерение весьма несовершенно: игла может свободно прохо дить до основания конуса в почти затвердевшую смолу. Все это затрудняет оперативную оценку технологических свойств тампо нажных смесей на основе синтетических смол и требует разра ботки новых методов исследований.
Заслуживает внимания метод измерения времени «начала твердения» по изменению электропроводимости тампонажной
Рис. 76. Зависимость сроков тверде |
Рис. 77. Зависимость времени твер |
ния тампонажных растворов из смо |
дения смолы МФ-17 от температуры |
лы МФ-17 от содержания соляной |
|
кислоты и воды: |
|
1, 2—3% НС1; Г, Я7—10% HCI; / и Г — |
|
начало твердения; 2 и 2' —конец тверде |
|
ния |
|
смеси в момент, соответствующий началу интенсивного структурообразования. Однако общего признания метод не получил.
Основные свойства раствора и конечного продукта регули руют изменением количества воды и отвердителя. Д ля повыше ния плотности тампонирующих растворов из синтетических смол в них часто вводят наполнители. Повышение температуры интен сифицирует процессы отверждения.
На рис. 76 приведен характер изменения сроков твердения тампонажных растворов из смолы МФ-17 в зависимости от кон центрации смолы и отвердителя (соляной кислоты). Как следу ет из рис. 76, с увеличением содержания воды в растворе до 40% при концентрации отвердителя 3% время твердения воз растает примерно в 5 раз.
На рис. 77 приведен характер влияния температуры на вре мя твердения смолы МФ-17, отвержденной 8% соляной кислоты, а на рис. 78 — характер влияния на сроки твердения тампонаж ного раствора из смолы МФ-17 наиболее водопотребляющего наполнителя — бентонитового.
Карбамидные смолы, особенно в смеси с водой, дают при затвердевании камень низкого качества со значительной усад кой. Исследования показывают,' что в тех случаях, когда смола отвердевает в короткий срок (до 2—3 мин), камень в течение 7— 10 дней дает трещины.
Добавкой некоторых компонентов и их комбинацией можно регулировать пластические свойства, скорость гелеобразования и усадку тампонажного камня.