4.1. Смеси для ликвидации зон поглощения

Быстросхватывающиеся смеси (БСС)

Готовятся на основе портландцементов введением в цементные растворы ускорителей схватывания - хлорида кальция СаСI₂, кальцинированной соды Na₂CO₃, углекислого калия K₂CO₃ (поташ), хлорида алюминия AICI₃, хлорида натрия NaCI, фтористого натрия NaF, каустической соды NaOH, жидкого стекла Na₂SiO₃, сернокислого глинозема AI₂(SO₄)₃ и др.

При приготовления БСС на основе тампонажного портландцемента ускорители схватывания вводят в воду затворения или в затворенный цементный раствор. Порошкообразный ускоритель можно смешивать с сухим тампонажным цементом. Количество вводимого ускорителя колеблется в пределах от 2-10%. БСС обычно применяют в скважинах с температурой 50-70⁰С.

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

Глиноземистый цемент используют как добавку к тампонажному цементу в количестве не более 10-20% от массы смеси. При этом начало схватывания при В/Ц=0,5 может быть снижено до 20 минут. Предел прочности при твердении в пластовой воде через 2 суток составляет 1,4-1,7 МПа. При вводе в глиноземистый цемент до 4 % фтористого натрия начало схватывания составляет до 35 минут, при этом Растекаемость, плотность смеси и прочность камня изменяются незначительно. Гипсоглиноземистый цемент из-за высокой стоимости чаще всего применяют в смеси с другими цементами. Так, быстросхватывающуюся расширяющуюся смесь можно получить при добавлении 20-30% гипсоглиноземистого цемента в тампонажный при этом расширение камня составляет 5%.

Пуццолановый цемент получают добавлением к тампонажному цементу активных минеральных добавок (опока, трепел, диатомит) в количестве 30-50% от массы цемента. Для регулирования сроков схватывания используют ускорители схватывания в количестве 4-6% от массы сухой цементной смеси. Пуццолановые цементы отличаются более интенсивным загустеванием и меньшей плотностью (1,65-1,7 г/см³) по сравнению с цементными растворами без активных минеральных добавок.

Гипсовые растворы.

Для изоляции пластов с температурой 25-35⁰С применяют смеси на основе высокопрочного строительного или водостойкого гипса с добавлением замедлителя схватывания. Так как свойства гипса заметно меняются во времени, необходимо перед проведением изоляционных работ выполнять анализ с целью корректировки сроков схватывания смесей. В качестве замедлителей сроков схватывания используют триполифосфат натрия (ТПФН), тринатрийфосфат, КМЦ, ССБ и др.

Особенность гипсовых растворов - высокая скорость структурообразования, причем они сохраняют это свойство при значительном содержании воды. Снижение скорости структурообразования и нарушение прочности структуры происходят только при содержании воды более 160% от массы сухого гипса.

Главный недостаток - практическая нестойкость к различным видам солевой агрессии и низкая прочность камня (в 2-3 раза меньше, чем камня из тампонажного портландцемента), что может привести к разрушению гипсового тампона и возникновению поглощений.

Гипсоцементные смеси.

Положительными качествами цементного и гипсового растворов обладают гипсоцементные смеси, имеющие короткие сроки схватывания и твердения и образующие высокопрочный камень через 3-4 часа после затворения смеси.

Наличие минералов цементного клинкера способствует наращиванию прочности гипсоцементного камня при твердении в водных условиях, что выгодно отличает гипсоцементные смеси от гипсовых растворов. Проницаемость гипсоцементного камня через 4 часа после затворения не превышает (5-9) ·10^-3 мкм², а через 24 часа - 0,5·10^-3 мкм².

Гипсоцементные растворы приготавливают смешиванием гипса и тампонажного цемента в сухом виде с последующим затворением полученной смеси на растворе замедлителя или смешиванием раствора гипса, затворенного на растворе замедлителя, и раствора тампонажного цемента.

Так как гипсоцементные растворы обладают коротким периодом перехода от тиксотропной коагуляционной структуры к прочной конденсационно-кристализационной, они могут быть рекомендованы для перекрытия крупнокавернозных и сильнотрещиноватых поглощающих участков ствола скважины.

Глиноцементные растворы.

Глиноцементные растворы готовят из тампонажного цемента, бентонита и ускорителей схватывания смешиванием сухих компонентов с последующим их затворением или добавлением бентонита в цементный раствор. Наличие в смеси глинистых частиц способствует более быстрому росту структуры.

Гельцементы получают затворением тампонажного цемента на глинистом растворе плотностью 1,04-1,06 г/см³. Для получения густых гельцементных смесей в глинистый раствор добавляют кальцинированную соду (2,5-3 кг на 1 м³ раствора).

Для изоляции зон интенсивных поглощений разработан глиноцементный тампонажный раствор с высоким показателем водоотдачи (ТРВВ). Получают путем смешивания цементного раствора низкой плотности 1,35-1,45 г/см³ и утяжеленного глинистого раствора плотностью 1,18-1,2 г/см³ в соотношении 1:2 (для более сложных зон поглощений 1:1). Для повышения закупоривающей способности в тампонажные растворы добавляют инертные наполнители. Для приготовления ТРВВ желательно использовать глинистый раствор не обработанный химическими реагентами понизителями водоотдачи. ТРВВ имеет высокие вязкость и показатель фильтрации, в результате чего фильтрат уходит в пласт, а проницаемая прискважинная зона закупоривается цементными, глинистыми частицами и наполнителем, вводимым в раствор. Закупоривающая способность ТРВВ будет пропорциональна объему наполнителя в смеси. ТРВВ рекомендуется применять в трещиноватых породах.

Нефтецементные растворы (углеводородные цементные растворы).

Особенное место среди тампонажных растворов занимают нефтецементные, состоящие из цемента и нефти или дизельного топлива. Основные преимущества этих растворов - несхватываемость при отсутствии воды и высокая прочность камня вследствие взаимодействия с незначительным количеством воды (20-25%). В процессе проникновения в водопроводящие каналы раствор быстро густеет и, выделяя нефть (или другую основу - дизельное топливо, керосин и т.д.), вступает в взаимодействие с водой, создавая прочный камень.

При смешении нефтецементного раствора с водой масса очень быстро теряет подвижность, превращается в комки и камень с выделением почти всего количества нефтепродукта. Для увеличения подвижности раствора и лучшего смешения применяют высокодействующие ПАВ: кубовый остаток этилового эфира ортокремниевой кислоты, крезол, асидол, нафтенат кальция и др.

Нефтецементные растворы (без воды) не схватываются при температурах выше 200⁰С и давлении 70 МПа. Однако замещение 20% нефтепродукта водой приводит к тому, что растворы быстро густеют уже при температуре 120⁰С и давлении 30 МПа и схватываются в течение 20-30 мин.

На основе нефтецементных растворов введением в них ускорителя могут быть приготовлены быстросхватывающиеся смеси для ликвидации поглощений в скважинах. Эти растворы при отсутствии воды не схватываются. Вода способствует быстрому их загустеванию, а ускоритель - схватыванию. Ускорителями сроков схватывания могут быть кальцинированная сода, гипс и другие материалы. В отдельных случаях в Нефтецементные растворы можно водит наполнители - песок, глину, улучшающие тампонажные и механические свойства раствора.

Растворы на углеводородной жидкости приготавливают следующим образом. В мерные емкости цементировочных агрегатов заливают расчетное количество дизельного топлива, в котором растворяют ПАВ. На этой жидкости затворяют цемент, бентонит или их смесь. При прокачивании через бурильные трубы смесь должна быть изолирована от бурового раствора верхней и нижней порциями дизельного топлива (по 0,5 м³); объем смеси не должен превышать 5 м³.

Цементно-полимерные растворы.

Эти растворы получают при введении в цементные растворы полимерных добавок, что позволяет улучшить свойства как растворов, так и тампонажного камня. Высокая термостойкость, непроницаемость полимеров улучшают их структурные свойства и изолирующую способность. Важным качеством таких растворов является то, что их фильтрат обладает крепящими свойствами. Это способствует отверждению глинистой и сцеплению тампонажного камня со стенками скважины.

Разработана цементно-смоляная композиция ЦСК-1 состоящая из тампонажного цемента с добавкой алифатической эпоксидной смолы ТЭГ-1 и отвердителя полиэтиленполиамина (ПЭПА). Добавка ТЭГ-1 до 6% от массы цемента и отвердителя до 20% от объема смолы. Для приготовления ЦСК-1 в воду затворения последовательно водят смолу ТЭГ-1 и отвердитель, а затем на этой жидкости затворяют цемент. Температура применения до 75⁰С. Время загустевания регулируется количеством отвердителя и температурой, и ориентировочно составляет 1-20 до 4-00 часов. Растекаемость от 20 до 23 см. Прочность до 7 МПа - на изгиб, до 22 МПа - на сжатие.