Наукові конференції, Научные конференции » Технічні науки » канд. технічн. наук, Кочкодан Я. М., Кобзєв С. О. РЕГУЛЮВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ РОЗШИРЮВАЛЬНИХ ТАМПОНАЖНИХ РОЗЧИНІВ

канд. технічн. наук, Кочкодан Я. М., Кобзєв С. О. РЕГУЛЮВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ РОЗШИРЮВАЛЬНИХ ТАМПОНАЖНИХ РОЗЧИНІВ

Категорія: Технічні науки , Сучасна наука в мережі Internet (25-27.02.2013 р.)

кандидат технічних наук, Кочкодан Ярослав Михайлович

Кобзєв Сергій Олегович

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу

РЕГУЛЮВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ РОЗШИРЮВАЛЬНИХ ТАМПОНАЖНИХ РОЗЧИНІВ

Тампонажні розчини містять велику кількість води. При русі догори по затрубному простору вони відфільтровують значну кількість рідкої фази у тріщинуваті та проникні породи. Це спричиняє підвищення густини тампонажного розчину, передчасне його загуснення та зменшення рухливості, нерівномірне тужавіння, що може призвести до недопідйому тампонажного розчину на розрахункову висоту. Таким чином, недостатня водоутримуюча здатність тампонажних розчинів погіршує умови кріплення свердловин та розмежування пластів. Одночасно з водою відфільтровується частина продуктів гідратації тампонажного розчину, що призводить до різкого зниження колекторських властивостей дренованої привибійної зони внаслідок чого затруднюється освоєння свердловин і ускладнюється їх експлуатація.

Крім того, фільтрація води із розчинів призводить до утворення загустілих цементних мас з низьким водоцементним відношенням, флюїдопровідних каналів і міжколонних газопроявлень. Для запобігання виникнення міжколонних газопроявлень при цементуванні обсадних колон на свердловинах підземних сховищ газу застосовують розширювальні тампонажні цементи, які складаються із суміші тампонажного портландцементу (ПЦТ-І) та гіпсоглиноземистого цементу (ГГЦ). Вони забезпечують ущільнення тампонажного розчину та каменю з обсадною колоною і стінкою свердловини, але не зменшують фільтрацію [1,2].

Одним із технологічних заходів, яким можна регулювати властивості тампонажних розчинів у необхідному напрямку та покращувати якість цементування є обробка їх хімічними реагентами.

Зменшити водовіддачу тампонажної суспензії можна підвищенням дисперсності частинок клінкера і введенням реагентів, здатних зміцнювати структуровану систему, збільшувати вміст зв’язаної води, підвищувати в’язкість дисперсійного середовища, утворювати малопроникні кірки на стінках свердловини. Для зниження водовіддачі тампонажних розчинів використовують високомолекулярні реагенти: ефіри целюлози (модифікована метилцелюлоза – ММЦ, метилоксипропілцелюлоза – МОПЦ, карбоксиметилцелюлоза – КМЦ, оксиетилцелюлоза – ОЕЦ, карбоксиметилоксиетилцелюлоза – КМОЕЦ), поліоксиетилен – ПОЕ, крохмальні реагенти (крохмаль, модифікований крохмаль), реагенти на основі віні акрилових полімерів (гідролізований поліакрилонітрил – ГІПАН, поліакриламід – ПАА, гідролізований поліакриламід – РС-2, полівініловий спирт – ПВС-ТР, метакриловий кополімер – метас), конденсовану сульфіт-спиртову барду – КССБ, окислений і заміщений лігносульфонат – окзил.

Ефективність дії реагентів – понижувачів водовіддачі визначається розміром, конфігурацією та гідрофільністю макромолекули.

Реагенти – понижувачі водовіддачі тампонажних розчинів сприяють стабілізації дисперсної системи вода – частинки цементу. Вони значно збільшують кількість води, зв’язаної в адсорбційних шарах і яка механічно утримується у комірках структури. Фізико – хімічна обробка тампонажного розчину понижувачами водовіддачі спричиняє підвищення міцності і щільності фільтраційної кірки на стінках свердловини. Гідратовані молекули реагенту, попадаючи у капілярні канали кірки знижують її проникність, та зменшують фільтрацію рідкої фази тампонажного розчину.

Нами проведені дослідження впливу ММЦ, КМЦ, ПВС-ТР, окзилу та метасу на основні технологічні властивості.

У таблиці 1 подано вплив ММЦ на фізико-механічні властивості розширювального тампонажного розчину із суміші 70% ПЦТ-І і 30% ГГЦ. Як видно з таблиці 1 фільтрація зменшується пропорційно збільшенню вмісту реагенту у розчині. Зокрема, при збільшенні ММЦ з 0,1% до 0,5% фільтрація зменшується майже у 10 разів. Міцність тампонажного каменю зростає при додаванні в розчин 0,2% ММЦ на 14-18% у порівнянні з тампонажним розчином без домішок. При подальшому збільшенні вмісту ММЦ міцність каменю практично не змінюється. Лінійне розширення тампонажного каменю зі збільшенням вмісту ММЦ зменшується. Зокрема, при додаванні до тампонажного розчину 0,5% ММЦ лінійне розширення зменшується майже в чотири рази у порівнянні з розчином без ММЦ.

Таблиця 1. Вплив ММЦ на властивості тампонажного розчину і каменю


Вміст

ММЦ,

%

Розтічність, см

Термін тужавіння,

год – хв

Міцність, МПа



Водовіддача,

см3/30хв


Лінійне розширення,

%

3 хв

60 хв

початок

кінець

на згин

на стиск

0

19,0

12,5

1-45

5-50

2,84

4,7

176

10,2

0,1

14,0

9,5

1-40

4-45

3,05

5,23

76

9,3

0,2

13,0

8

1-35

4-00

3,12

5,37

40

8,8

0,3

13,0

7

1-45

4-20

3,21

5,39

20

7,8

0,4

13,0

7

1-50

6-30

3,24

5,49

10

4,1

0,5

12,0

7

1-45

6-40

3,28

5,58

10

2,6

Як видно з таблиці 1 модифікована метилцелюлоза практично не впливає на терміни тужавіння, що дуже важливо при цементуванні обсадних колон як на підземних сховищах газу, так і низькотемпературних свердловин. Висока ефективність ММЦ як понижувача водовіддачі обумовлена її індиферентністю до активних центрів кристалічної решітки мінералів клінкера. Слабий зв’язок з частинками підвищує вміст реагенту в дисперсійному середовищі, що забезпечує збільшення в’язкості рідкої фази і вищу концентрацію макромолекул полімера у фільтраційній кірці.

Вадою модифікованої метилцелюлози є зменшення розтічності нижче за значення, передбачене стандаром. Збільшити розтічність розширювального тампонажного розчину можна добавкою окзила. Крім того, при додаванні до розчину окзилу суттєво покращується його прокачуваність. Так, якщо для суміші 70% ПЦТ + 30% ГГЦ час загуснення до 30 УОК складає 95 хвилин, то при додаванні 0,25% ММЦ він збільшується у два рази.

Крім того, окзил дещо понижує фільтрацію тампонажного розчину. Зменшення лінійного розширення при збільшенні вмісту окзилу у суміші, на наш погляд, обумовлено створенням міцнішої та щільнішої екрануючої оболонки навколо цементних зерен. Варто зауважити, що при вмісті окзилу більше за 1% спостерігається інтенсивне спінювання тампонажного розчину.

Ефективним заходом регулювання властивостей тампонажного розчину є комбіноване використання домішок ММЦ (0,2 – 0,3%) та окзилу. У таблиці 2 наведені результати лабораторних досліджень сумісного впливу ММЦ та окзилу на технологічні властивості розширювального розчину та каменю із суміші 70% ПЦТ-І та 30% ГГЦ при водоцементному відношенні 0,5. Оптимальна домішка ММЦ складає 0,2 – 0,3%, а домішка окзилу змінювалась від 0,25% до 1% від маси цементу. Окзил та ММЦ додавали у воду приготування.

Як видно з таблиці 2 збільшення вмісту окзилу у тампонажній суміші при постійній кількості ММЦ призводить до підвищення розтічності. Проте, терміни тужавіння та міцність каменю суттєво не змінюються, а лінійне розширення каменю зменшується пропорційно збільшенню концентрації окзилу. Фільтрація тампонажного розчину має мінімальне значення при вмісті 0,75% окзилу у суміші.

Таблиця 2. Сумісний вплив ММЦ та окзилу на властивості тампонажного розчину та каменю

Склад суміші, %

Розтічність, см

через

Терміни тужавіння,

год - хв

Міцність, МПа

Водо-

віддача,

см3/30хв

Лінійне розши-

рення,

%

ММЦ

окзил

3 хв

60 хв

початок

кінець

на згин

на стиск

0,2

0

16,0

7,0

1-55

7-50

3,03

5,42

38

8,8

0,2

0,25

17,5

10

1-55

6-40

3,17

5,92

30

7,3

0,2

0,5

18,0

10

2-10

5-35

3,24

5,98

26

6,4

0,2

0,75

19,5

14,5

2-35

7-25

3,21

6,12

23

6,0

0,2

1,0

20,5

15,5

3-10

7-15

3,19

6,07

43

5,5

0,3

0

13,5

7,0

2-10

6-20

3,05

5,78

21

7,8

0,3

0,25

16,5

10,5

2-30

6-05

3,13

6,23

20

6,5

0,3

0,5

17,5

10,0

2-25

6-40

3,16

5,94

16

5,1

0,3

0,75

19,0

14,0

3-00

6-25

3,07

5,79

10,5

4,1

0,3

1,0

20,0

15,0

3-25

6-50

3,04

5,87

19,5

3,2

Для зменшення водовіддачі, розширювальних тампонажних розчинів використовували також полівініловий спирт ПВС-ТР, метас і КМЦ-500. Дослідження, проведені з тампонажним розчином із суміші 70% ПЦТ-І та 30% ГГЦ, показали, що 1% ПВС-ТР від маси цементу є оптимальною добавкою для зниження фільтрації. При цьому фільтрація становить 36 см3/30хв, міцність каменю та розтічність (особливо через 30 хвилин) зменшуються, а терміни тужавіння і лінійне розширення практично не змінюються. Варто зауважити, що додавання до розчину більше 0,75% ПВС-ТР спричиняє інтенсивне спінювання, що обмежує можливість його використання.

При додаванні 2-2,5% метасу від маси цементу він ефективно знижує фільтрацію розширювального тампонажного розчину, але значно сповільнюються терміни тужавіння. Метас спричиняє незначне зменшення лінійного розширення, проте суттєво зменшує міцність каменю, що є вадою його використання.

КМЦ – 500 – менш ефективно знижує фільтрацію, але значно збільшує терміни тужавіння та знижує міцність каменю. Крім того, КМЦ – 500 різко зменшує розтічність та лінійного розширення.

Література:

1. Кочкодан Я.М., Банатов В.П., Замулинская Л.А. Расширяющиеся тампонажныерастворы с пониженной водоотдачей для условий цементирования скважин на подземных хранилищах газа. – Разведка и разработка нефтяных и газових месторождений, выпуск 19. Республиканский межведомственный научно-технический сборник. Львов: Вища школа. Издательство при Львовском университете, 1982, с.65-67.

2. Булатов А.И., Мариампольский Н.А. Регулирование технологических показателей тампонажных растворов. – М: Недра, 1988 – 224с.

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Добавление комментария

Имя:*
E-Mail:
Коментар:
Введите код: *

Карта сайту

^