Abstract

Abstract

Представлены результаты исследований влияния различных расширяющих добавок на технологические свойства цементного раствора-камня. Основной задачей исследования является повышение качества цементирования хвостовиков дополнительных стволов.

Full Text

Опыт цементирования дополнительных стволов в Пермском крае показал, что в большинстве случаев практически на всем интервале отсутствует плотный контакт цементного камня с обсадной колонной, что не позволяет получить информацию о состоянии контакта цементного камня с горной породой. Это во многом обусловлено применением усадочных тампонажных материалов. В настоящее время активно внедряются безусадочные и расширяющиеся тампонажные составы для крепления обсадных колонн скважин. В настоящее время для повышения надежности и долговечности крепи обсадных колонн нефтяных и газовых скважин в состав тампонажных растворов вводят расширяющие добавки, которые позволяют получить плотный контакт цементного камня с сопредельными средами. Для качественного сравнения величины и механизма расширения тампонажных составов были проведены исследования влияния различных расширяющих добавок на плотность контакта цементного камня с сопредельными средами. Конструкция формы и металлического стержня представлена на рисунке. Внутренняя поверхность полой цилиндрической формы - коническая, по периметру наружной поверхности формы закреплены 4 пластины, для упора при выдавливании стержня и цементного камня. Стержень также имеет коническую боковую поверхность, с тем же углом наклона образующей к оси, как и у формы - 2-3°, с целью снижения влияния сил трения на результаты исследований. Твердение тампонажного раствора в формах происходило в воздушной среде при комнатной температуре (23 °С) в течение 24 ч. Для каждой рецептуры тампонажного раствора проводилось не менее 3 измерений величины усилия выпрессовки. Результаты исследований представлены в таблице. а б Рис. 1. Металлическая форма (а) и металлический стержень (б) Оценка влияния расширяющих добавок на плотность контакта цементного камня с сопредельными средами № п/пРасширяющие добавкиУсилие выпрессовки, кНВеличина адгезии, МПа стерженькаменьстерженькамень 1Без расширяющей добавки2,4206,3330,4390,296 2ДЫѻ (4 % от массы ПЦТ)4,8049,8700,8760,463 3ДР-1 (4 % от массы ПЦТ)3,9508,7900,7170,412 4ДР-2 (4 % от массы ПЦТ)3,1077,9300,5640,372 5ДР-3 (4 % от массы ПЦТ)2,9577,1200,5370,334 6ДЫ» (4 % от массы ПЦТ)2,7806,9900,5040,328 7ДР«А» (4 % от массы ПЦТ)2,5506,5300,4750,297 Результаты исследований показывают, что при введении в состав цементных растворов расширяющих добавок увеличивается плотность контакта цементного камня с сопредельными средами. По результатам исследований плотности контакта цементного камня с сопредельными средами можно качественно оценивать степень его расширения. Кроме того, увеличение плотности контакта цементного камня, как с металлическим стержнем, так и с формой, подтверждает тот факт, что происходит объемное расширение во всех направлениях. Результаты исследований влияния расширяющих добавок на свойства тампонажных растворов для нормальных и повышенных температур: 1. Установлено, что ввод расширяющих добавок ДР-1, ДР-2 и ДР-3 в тампонажный раствор для повышенных температур (75 °С) незначительно увеличивает сроки загустевания тампонажных смесей (на 10-25 мин). 2. Исследования показали, что ввод расширяющих добавок ДР-1, ДР-2 и ДР-3 позволяет получить линейное расширение тампонажных составов твердеющих при температуре 75 °С соответственно на 4,5; 3; 1,6 % от объема смеси. 3. Исследованиями установлено, что ввод расширяющих добавок ДР-1, ДР-2 и ДР-3 приводит к некоторому снижению прочностных показателей цементного камня (предел прочности на изгиб) из расширяющихся тампонажных смесей для повышенных температур (75 °С), но эти показатели остаются выше установленных ГОСТом (2,7 МПа). 4. Установлено, что ввод расширяющих добавок ДР«А», ДЫ» и ДЫѻ в тампонажный раствор для нормальных температур (23 °С) значительно увеличивает начальную консистенцию цементного раствора и, как следствие, уменьшает сроки загустевания тампонажных смесей. 5. Исследования показали, что ввод расширяющих добавок ДР«А», ДЫ» и ДЫѻ позволяет получить линейное расширение тампонажных составов твердеющих при температуре 23 °С соответственно на 0,4; 1,05; 4,8 % от объема смеси. 6. Исследованиями установлено, что ввод расширяющих добавок ДР«А», ДЫ» и ДЫѻ приводит к небольшому снижению прочностных показателей цементного камня (предел прочности на изгиб) из расширяющихся тампонажных смесей для нормальных температур (23 °С), но эти показатели остаются выше установленных ГОСТом (2,7 МПа). По результатам исследований разработаны рекомендации по применению расширяющих добавок при креплении хвостовиков дополнительных стволов, с применением разработанных расширяющихся тампонажных составов.