13.2 Тампонажные растворы на основе вяжущих веществ

Тампонажные растворы на основе вяжущих наиболее широко используются для изоляции зон поглощений. Они могут быть затворены на воде или на углеводородной жидкости. Примени­тельно к борьбе с поглощениями они имеют ряд особенностей.

Цементные растворы

Смеси на основе портландцементов готовят без добавок и с добавками, регулирующими сроки схватывания.

Быстросхватывающиеся смеси (БСС) на основе портландце­ментов получают введением в цементные растворы ускорителей схватывания: хлористого кальция (СаС1₂), кальцинированной соды (Na₂e0₃), углекислого калия (поташ К2СО3), хлористого алюминия (А1С1з)> хлористого натрия (NaCl), фтористого нат­рия (NaF), каустической соды (NaOH), жидкого стекла (Na₂Si0₃), сернокислого глинозема (A1₂(SG₄)₃), высокоминерализованной воды хлоркальциевого типа и др. При приготовле­нии БСС ускорители схватывания вводят в воду затворения или в затворенный цементный раствор, Порошкообразный ускори­тель можно смешивать с сухим тампонажным цементам. Коли­чество вводимого ускорителя колеблется в пределах 2—10%. БСС обычно . применяют в скважинах с температурой до 50—70 °С.

БСС могут быть получены на основе специальных цементов: глиноземистого, гипсоглиноземистого и пуццоланового.

Глиноземистый цемент добавляют в портландцемент в коли­честве не более 10—20 массовых долей. При этом начало схва­тывания при В/Ц=0,5 может быть снижено до 20 мин. Предел „прочности при твердении в пластовой воде через 2 сут равен 1,4—1,7 МПа. При вводе в глиноземистый цемент до 4% фто­ристого натрия начало схватывания снижается до 35 мин, при этом растекаемость и плотность смеси, а также прочность камня изменяются незначительно.

Гипсоглиноземистый цемент вследствие высокой стоимости чаще применяют в смеси с другими цементами. Так, быстросхва- тывающуюся расширяющуюся смесь можно получить при до­бавлении 20—30 % гипсоглиноземистого цемента в тампонаж­ный, при этом камень имеет расширение до 5 %, Для облегчения

такой смеси в нее вводят до 30 % диатомита с влажностью не более 5—6%, при этом В/Ц=0,8, плотность— 1550 кг/м^э, а на­чало схватывания находится в пределах от 50 мин до 1 ч 25 мин. Расширяющийся быстросхватывающийся цемент с началом схватывания до 20 мин можно получить путем добавления в глиноземистый цемент до 25 % строительного гипса.

Быстросхватывающиеся смеси на основе пуццолановых це­ментов отличаются более интенсивным загустеванием и мень­шей плотностью (1650—1700 кт/м³) по сравнению с цементными растворами без активных минеральных добавок. Для регулиро­вания сроков схватывания используют ускорители схватывания (хлористый кальций, кальцинированную соду и др.) в количе­стве 4—6 масс. ч.

Гипсовые растворы

Для изоляции пластов с температурой до 25—35 °С приме­няются смеси на основе высокопрочного строительного или во­достойкого гипса с добавлением замедлителей схватывания. Так как свойства гипса заметно меняются во времени, необходимо перед изоляционными работами проводить экспресс-анализ с целью корректировки сроков схватывания смесей. В качестве замедлителей схватывания используются триполифосфат натрия (ТПФН), тринатрийфосфат, КМЦ, ССБ и др. В табл. III. 1 при­ведены свойства гипсовых растворов.

Особенность гипсовых растворов — высокая скорость струк- турообразования, причем они сохраняют это свойство при зна­чительном содержании воды. Снижение скорости структурооб- разования и нарушение прочности структуры происходят только при В/Т>1Д Гипсовые растворы менее, чем портландцементные, восприимчивы к повышенному содержанию воды, поэтому разбавление их в процессе тампонирования меньше влияет на качество изоляционных работ.

Таблица 13.1 Свойства гипсовых растворов при атмосферных условиях

Гипсоцементные растворы

Положительными качествами цементного и гипсового раство­ров обладают гипсоцементные смеси, которые имеют небольшие сроки схватывания и твердения и дают высокопрочный камень через 3-4 ч после затворения смеси. За счет минералов це­ментного клинкера гипсоцементный камень способен наращи­вать прочность при твердении в водных условиях. Это выгодно отличает гипсоцементные растворы от гипсовых. Проницаемость гипсоцементного камня через 4 ч после затворения не превы­шает (5÷9)•10^-3 мкм², а через 24 ч — 0_,5 • 10^-3 мкм².

Гипсоцементные растворы приготовляют смешением гипса и тампонажного цемента в сухом виде с последующим затворением полученной смеси на растворе замедлителя или смешением растворов гипса, затворенного на растворе замедлителя, и ра­створа тампонажного цемента. В табл. 13.2 приведены свойства гипсоцементных смесей, полученных смешением сухого гипса и цемента в соотношении 1 : 1, а в табл. 13.3 — полученных сме­шением цементного и гипсового растворов в соотношении 1 : 1 (цемент Вольского завода, В/Ц—0,5, гипс строительный, В/Г = -0,7).

Для предотвращения схватывания гипсоцементного раствора в бурильных трубах необходимо вначале закачать 1 м³ водного раствора замедлителя, который применялся для затворения

гипса.

Стойкость гипсоцементных растворов к разбавлению водой значительно выше, чем цементных.

Таблица 13.2. Свойства гипсоцементных растворов, полученных на основе

смесей гипса и цемента

Таблица 13.3. Свойства гипсоцементных растворов, полученных смешением

цементного и гипсового растворов

Глиноцементные растворы

Наличие в смеси глинистых частиц способствует более быстрому росту структуры. Эти ра­створы менее чувствительны к воздействию промывочной жид­кости, Бентонит снижает проницаемость тампонажного камня, уплотняет его структуру. Свойства глиноцементных растворов с В/Ц=0,5 и содержанием СаС1₂, равным 4 %, приведены в табл. II 1.4.

Добавка от 0,5 до 1 % сернокислого глинозема к глиноцементной смеси увеличивает ее начальную подвижность, повы­шающуюся также с ростом содержания бентонитовой глины. Глиноцементные смеси с сернокислым глиноземом сохраняют стабильные вязкостные свойства в течение времени, достаточ­ного для доставки в зону поглощения. Затем происходит интен­сивный рост вязкости, и смесь при заданном избыточном дав-

Таблица 13.4. Свойства глиноцементных растворов

Таблица 13.5. Свойства глиноземистых цементных растворов при 75 °С

лении продавливается в пласт. Время прокачивания таких сме­сей составляет 80—100 мин, т. е. сернокислый глинозем оказы­вает стабилизирующее действие на раствор в период его прока­чивания, Свойства глиноцементных растворов приведены в табл. 13.5 (данные Волгограднипинефти).

Для приготовления раствора цемент и глинопорошок зата­ривают в бункер цементно-смёсительной машины, а сернокис­лый глинозем растворяют в воде затворения.

Для изоляции зон интенсивных поглощений во ВНИИБТ раз­работан глиноцементный тампонажный раствор с высокой водо­отдачей (ТРВВ). Его готовят смешением цементного раствора плотностью 1350—1450 кг/м³ и бентонитового раствора плот­ностью 1180—1200 кг/м³ в соотношении 1 :2 (для более слож­ных зон поглощений в соотношении 1:1). ТРВВ имеет большую вязкость и высокую водоотдачу, вследствие чего фильтрат ухо­дит в пласт, а проницаемая прискважинная зона закупоривается цементными и глинистыми частицами и наполнителем, вводи­мым в раствор. Следом за ТРВВ закачивают обычный глиноце­ментный раствор, затворенный на водном растворе хлористого кальция.

Растворы, приготовленные на углеводородной жидкости

Растворы, приготовленные на углеводородной жидкости (чаще всего дизельном топливе), приобретают высокую пласти­ческую прочность после замещения в них дизельного топлива водой. Инертность вяжущего вещества к дизельному топливу позволяет безопасно прокачивать растворы по бурильным тру­бам на значительные глубины. При контакте с водой происхо­дит замещение дизельного топлива и раствор превращается в высоковязкую пасту. Прочность получаемого тампона зависит от концентрации вяжущего вещества. Для получения подвиж­ного, легко прокачиваемого раствора при высоком содержании твердой фазы рекомендуется вводить в него ПАВ: крезол, кубо­вые остатки этилового эфира ортокремниевой кислоты и др. ПАВ способствуют также отделению дизельного топлива после закачивания смеси в пласт.

Наиболее часто в практике применяются соляроцементные, соляробентонитовые и соляроцементобентонитовые смеси.

Соляроцементные смеси содержат 30—40 % дизельного топ­лива, 0,5—1 % крезола и 6 % ускорителя (кальцинированной соды) от массы цемента. Для большей прочности цементного камня в состав смеси вводят до 30—50% кварцевого песка.

Соляробентонитовые смеси (СБС) готовят плотностью 1100—1300 кг/м³ (на 1 м³ дизельного топлива приходится 1000— 1500 кг бентонита), СБС после вытеснения дизельного топлива водой быстро загустевают и через 15 мин приобретают пласти­ческую прочность 40—60 кПа.

Соляроцементобентонитовые смеси (СЦБС) имеют следую­щий состав: 1000—1200 кг бентонитового глинопорошка, 300— 500 кг цемента и 0,5—1 % ПАВ от массы смеси на 1 м³ дизель­ного топлива. При смешивании с водой или глинистым раство­ром образуется нерастекаемая тампонажная паста с высокими пластической прочностью и вязкостью. Для снижения отрица­тельного воздействия на смесь пластовых вод до начала схва­тывания и повышения прочности тампонажного камня в СЦБС вводят 3—10 % (от массы цемента) жидкого стекла.

Растворы на углеводородной жидкости приготовляют в сле­дующем порядке. В мерные емкости цементировочных агрега­тов заливают расчетное количество дизельного топлива, в кото­ром растворяют ПАВ. На этой жидкости затворяют бентонит, цемент или их смесь. При прокачивании через бурильные трубы смесь должна быть изолирована от бурового раствора верхней и нижней порцией дизельного топлива по 0,5 м³. Объем смеси не должен превышать 5 м³. После вытеснения смеси из буриль­ных труб в затрубное пространство прокачивают буровой раст­вор в количестве от 0,5 до 1 объема смеси.