23.93Kb - G

УДК622/037
Мусина З.Д., АИНГ
Расширение облегченных тампонажных цементов
В исследованиях отечественных и зарубежных ученых показано, что герметичность
заколонного пространства скважин можно создать лишь применением расширяющихся
тампонажных композиций. Надежная связь цементного камня с ограничивающими его
поверхностями в заколонном пространстве может быть получена, если расширяющийся цемент в
процессе структурообразования и твердения будет развивать давление на контакте цемент труба, цемент-порода. По данным [5,63] величина этого давления должна составлять не менее
2,5-3,0 МПа.
Естественно, что при разнообразии условий формирования и службы цементного кольца в
заколонном пространстве для обеспечения хорошей герметичности контакта цемента с породой и
колонной необходимо в каждом конкретном случае применять расширяющиеся цементы, в том
числе и облегченные. Сегодня существуют различные мнения о величине расширения
тампонажных материалов. Одни исследователи ограничивают величину расширения пределами
0,5-1,5%, другие рекомендуют применять цементы с величиной расширения до 20%.
Специальные требования предъявляются к кинетике расширения тампонажного раствора и
камня. Необходимо, чтобы основная часть расширения происходила после окончания продавки
цементного раствора в заколонное пространство. Если же расширение происходит в процессе
цементирования, то вполне очевидно, оно не окажет положительного влияния на качество
крепления скважин. В это же время слишком позднее расширение после формирования жесткой
кристаллической структуры цементного камня может оказать отрицательное влияние на
изоляционные свойства цементного камня. В этом плане можно говорить об оптимальной
кинетике расширения, зависящей от геолого-технических условий скважины.
Важным фактором, влияющим на процесс расширения, является температура, которая по стволу
скважины в интервале подъема цементного раствора изменяется в широких пределах.
В настоящее время известен ряд расширяющихся тампонажных цементов, в основном
нормальной плотности, имеющих различный механизм и кинетику. Каждый вид расширяющегося
цемента дает оптимальное расширение лишь в определенных температурных условиях.
В цементах, описанных в работах [110,111], расширение происходит за счет образования
гидросульфоалюминатов кальция трех или моносульфатной формы. Расширяющим агентом
могут быть гипс, гипсосодержащие добавки, смесь гипса с высокоглиноземистым вяжущим, смесь
гипса со специально приготовленным алюминатом кальция, специально приготовленный
безводный сульфоалюминат кальция.
Температурный интервал применения расширяющихся цементов сульфоалюминатного типа
находится в пределах 5…60 оС. Цементы такого типа расширения являются быстротвердеющими,
обладают свойствами быстрого расширения.
Разработаны также расширяющиеся тампонажные материалы на оксидной основе [47,63,107].
Расширение в этом случае происходит в ходе кристаллизации труднорастворимых гидроксидов.
Для температур до 60 оС в качестве расширяющей добавки используется оксид кальция CaO,
обожженный при температурах до 1000 оС. Для температур до 120 оС используют известь,
обожженную при температурах 1200 -1400 оС. Однако оксид кальция быстро гидратируется при
хранении и снижает свою активность.
Для более высоких температур целесообразно применять менее активную добавку - оксид
магния, обожженный при температуре 1200 -1300 оС. Он служит хорошей расширяющей
добавкой к цементным или шлаковым вяжущим при температурах 100 - 150 оС. При
температурах выше 160 оС расширяющей добавкой может служить оксид магния, обожженный
при температуре 1600 оС.
В работе [63] отмечается возможность получения расширяющих цементов за счет введения в их
состав хроматного шлама, содержащего СаСrO4 . Здесь расширение происходит за счет
образования малорастворимой высоко хроматной формы алюмината кальция, которое
сопровождается увеличением твердой фазы по сравнению с (С3 АН6 ) в 2,5 - 4,6 раза.
Прошли опытно- промышленные испытания тампонажные цементы, расширяющиеся за счет
образования гидросульфоферритов кальция [108,109].
Формирование надежно герметичного изоляционного комплекса скважин при применении
облегченных расширяющихся цементов во многом зависит от наличия глинистой корки на стенке
скважины, состояния поверхности стенок, в контакте с которой формируется цементный камень;
от давления и температуры; от величины и кинетики расширения и структурообразования, а также
ранней прочности камня.
2,4
2,2
к=0,1
2,0
к=0,2
1,6
3

10 кг/м
обд
3
1,8
1,4
1,2
к=0,3
1,0
к=0,4
0,8
0
1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2
3

10 кг/м
м
3
Рис.1 Влияние коэффициента (к) и плотности матрицы (м) микросфер на плотность
облегчающей добавки (обд)
Литература
1. Ивченко Ю.Т. Исследование и разработка модифицированных облегченных тампонажных
растворов для разобщения высокопроницаемых пластов газовых скважин. – Диссертация
в виде научного доклада на соискание ученой степени к.т.н. – Тюмень: 2005, ТГНГУ.
2. Поляков В.И., Мавлютов М.Р., Алексеев Л.А., Колодкин В.А. Технология и техника борьбы с
поглощением при бурении скважин. - Уфа: «Китап»,2003.- 187с.
3. Каримов Н.Х., Хахаев Б.Н., Запорожец Л.С. и другие. Тампонажные смеси для скважин с
аномальными пластовыми давлениями. – М.: Недра, 2003.- 192с.
4. Мищевич В.А. Гидродинамические исследования поглощающих пластов и методы их
изоляции. М.: Недра, 2001.- 264с.
5. Крылов В.И. Изоляция поглощающих пластов в глубоких скважинах.- М: Недра, 2001.304с.
6. Крылов В.И., Сухенко Н.И. Борьба с поглощением при бурении скважин (зарубежный опыт)
– М.: Недра, 2006.- 209с.
7. Юсупов И.Г., Шамсутдинова А.Ф., Газизов А.Ш. Исследование свойств полимерцементных
растворов с добавкой водорастворимых полимеров. // Нефтяное хозяйство.- 2006.- №1. С.
35-38.
8. Крылов В.И. Осложнения при бурении скважин. М.: Недра, 1965.- 247с.
9. Винарский М.С. Методы исследования и изоляция поглощающих пластов. М.:
Гостоптехиздат,2003.-160с.