Регулирование свойств тампонажных растворов

с помощью химических реагентов

 

Усложнение геолого-технических условий проходки скважин, а также совершенствование техники и технологии их бурения и крепления повышают уровень требований к тампонажным материалам и приготовляемым из них растворам. Это вызывает необходимость целенаправленного изменения свойств цементных растворов путем обработки их химическими реагентами.

К параметрам тампонажных систем, количественное изменение которых часто вызывается потребностью технологии или особенностями скважинных условий, относятся: время загустевания или сроки схватывания, реологические свойства, седиментационная устойчивость (для тампонажных растворов), механическая прочность, проницаемость, коррозионная устойчивость, адгезии к горным породам и трубам (для тампонажного камня).

Как правило, реагенты и материалы, вводимые в тампонажные системы, ока­зывают комплексное воздействие и изменяют одновременно несколько параметров. Некоторые реагенты при одних условиях изменяют свойства тампонажных систем в одном направлении, а при других условиях влияние тех же реагентов может быть противоположным. Кроме того, один и тот же реагент при различных дозировках может вызывать противоположный эффект.

Все применяемые при тампонировании скважин химические реагенты подразделяются на:

· ускорители схватывания и твердения: хлориды кальция, натрия, калия и алюминия, сульфаты натрия и калия, углекислые калий и натрий, едкий натр, кремнекислые натрий и калий (жидкое стекло), нитраты натрия и кальция, нитрит-нитрит кальция, нитрит-нитрит-хлорид кальция, нитрат кальция с мочевиной, мочевина, нитрит-нитрит-сульфат натрия, сульфаниловая кислота, триэтаноламин, нитрат натрия, мелассы;

· замедлители схватывания и твердения: винная кислота и ее соли, борная кислота, хромпик, гипан, окзил, КССБ, СДБ, ФХЛС, ПФЛХ, сульфированный нитролигнин, карбокси-метилцеллюлоза, гексаметафосфат и нитрофосфат, КДБ, ПАД-3;

 

· пластификаторы (разжижители): С-3, 10-03, СДБ, КССБ, ПАЩ, ВЛХК, этилсиликонат натрия, метилсиликонат натрия, СПД, мылонафт, НЧК, ПФЛХ, ФХЛС, сульфированный нитролигнин, нитролигнин, окзил, синтан-5 и синтан ПЛ, Д-4 и Д-12, гексаметафосфат и нитрофосфат, ВРП, ГИФ-1, хромпик, высокомолекулярный поливинилпирролидон;

· понизители водоотдачи: гипан, СДБ, КССБ, ПФЛХ, ФХЛС, карбоксиметилцеллюлоза, полиоксиэтилен, бентонитовая глина, сульфированный нитролигнин, поливиниловый спирт, метас, полиакриламид, К-4, метилцеллюлоза, оксиэтилцеллюлоза, декстрин, модифицированный крахмал;

· пеногасители: НЧК, окисленный нитролатум, соапсток, ЖЖГ, PC, кальциевый мылонафт, флотомасло, полиметилсилоксан, скрубберный конденсат, Т-66, стеарокс-6, АГ-2, АГ-3, НГВ-1, полиамид, стеарат алюминия, ПЭС, ОКП-50, СЖК, ВМС, ВМС-12, П-79, сивушное масло, карболениум.

При выборе реагента необходимо исходить из того, что многие из них по результирующему эффекту практически равноценны. Вследствие этого надо учитывать их стоимость, расстояние до завода-изготовителя, агрегатное состояние (например, применение реагентов в виде жидкостей встречает затруднения в зимнее время и особенно в северных условиях), условия поставки (некоторые реагенты поставляются заводами-изготовителями только крупными партиями, не менее вагона, цистерны).

Ускорители схватывания и твердения. Для сокращения времени ожидания затвердевания цемента в тампонажные растворы вводят ускорители процессов схва­тывания и твердения.

Повышение содержания в тампонажном растворе каустической соды, поташа, кальцинированной соды, хлоридов натрия, калия и кальция до 3 % приводит к снижению прочности цементного камня после длительного твердения. При содержании хлорида натрия больше 5 %, а углекислого натрия меньше 1 % замедляются скорости схватывания и твердения. Введение более 2 % хлоридов вызывает коррозию труб. Для ее уменьшения при повышенных концентрациях хлоридов рекомендуется одновременно вводить нитриты, нитраты и хроматы натрия, калия и кальция. Сульфаты натрия и калия вызывают коррозию при введении их более 6 %. С целью предотвращения коррозии труб рекомендуется при цементировании скважин в условиях положительных температур использовать ингибирующие или органические электролиты.

Необходимо учитывать, что при введении кальцинированной соды в тампонажные растворы с большими дозами хлоридов, а также при тампонировании скважин с выделением сильно минерализованных вод может резко снизиться подвижность растворов.

При большом ускорении процессов твердения вследствие применения ускорителей существенно уменьшаются прочность и морозостойкость цементного камня.

Тампонажные растворы с добавками НКМ, НК + М, ННК + 5Н, ХК + ХН, ННХК, ННХК + 5Н характеризуются ускоренными и очень короткими сроками загустевания, мало зависящими от температуры, поэтому одновременно с указанными ускорителями в некоторых случаях вводят замедлители. Необходимость введения замедлителей определяется экспериментально. При назначении ускорителей необходимо учитывать, что некоторые из них при повышении или понижении температуры становятся замедлителями (например, мочевина). Такое же влияние может оказывать концентрация реагента.

Замедлители схватывания и твердения. Для предупреждения преждевременного загустевания и схватывания в тампонажные растворы вводят замедлители. При назначении замедлителей необходимо учитывать, что большинство из них одновременно является замедлителями твердения, а также влияет на реологические и фильтрационные свойства тампонажных растворов.

Хромпик применяется, как правило, совместно с такими замедлителями схватывания и понизителями водоотдачи, как СДБ, гипан, КМЦ, окзил, метас, СВК. Замедлители на основе гидролизованных соединений акриловой кислоты (гипан, К-4) при введении в портландцементные тампонажные растворы необходимо стабилизировать от коагуляции замедлителями растворения кальциевых солей, например, кальцинированной содой. Для шлаковых цементов стабилизаторы не требуются.

При назначении замедлителей следует учитывать их совместимость с солевой средой тампонажного раствора, а также возможность потери или инверсии свойств при повышении или понижении температуры (например, фосфаты, мочевина).

Регуляторы реологических свойств тампонажных растворов. Для регулирования реологических характеристик тампонажных растворов (увеличения или уменьшения вязкости и предельного напряжения сдвига) вводят реагенты-регуляторы реологических свойств. При назначении регуляторов реологических свойств надо учитывать, что многие из них влияют на процессы гидратационного твердения в сторону их ускорения или замедления.

Такие реагенты, как СДБ, КССБ, ГИФ-1, ПФЛХ, ВЛХК, СПД, ПАЩ-1, ВРП-1, Д-4, Д-12, ЦНИПС-1, мылонафт, вызывают сильное пенообразование при приготовлении раствора, поэтому их рекомендуется применять с пеногасителями.

Для повышения пластифицирующего действия реагента увеличивают его дозировку.

В качестве регуляторов реологических свойств используются как химические реагенты, так и наполнители: глины, песок, трепел и др. Часто вместе с химическими реагентами применяется бентонитовая глина. Оптимальное соотношение вяжущего, наполнителя и химического реагента подбирается экспериментально.

Пеногасители. Для гашения пены в тампонажные растворы вводят пеногасители. Пеногасители – в большинстве случаев растворы реагентов в дизельном топливе. При решении вопроса о применении того или иного пеногасителя необходимо учитывать возможную реакцию с тампонажным раствором и влияние на его свойства. Например, окисленный петролатум в присутствии солей кальция коагулирует, и для стабилизации в тампонажные растворы вводят кальцинированную соду.

Оптимальное количество реагентов устанавливается экспериментальным путем.