Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Твердеющие смеси

Наиболее распространенные тампонажные смеси на основе синтетических смол — быстротвердеющие смеси (БТС). Они подчиняются закону течения Ньютона. Простейший тампонаж­ный состав — смесь смолы с отвердителем, однако чаще смолы разбавляют водой. Это позволяет удешевить состав, повысить его проникающую способность. Приготовление таких смесей сво­дится к разбавлению исходной смолы водой и последующему перемешиванию с отвердителем перед использованием.

Тампонажные смеси на основе синтетических смол оценива­ются плотностью, вязкостью, растекаемостью, началом загусте-вания (гелеобразования), временем твердения или началом по­лимеризации и концом полимеризации. Тампонажный камень характеризуется внешним видом и прочностными характеристи­ками. Плотность тампонажной смеси измеряется ареометром АГ — ЗПП, вязкость — вискозиметром ВБР-5, растекаемость — по конусу АзНИИ. Сложнее обстоит дело с оценкой других пара­метров, так как они связаны с кинетикой отверждения.

Так, для наиболее распространенных карбамидных смол ки­нетика застудневания и твердения выглядит следующим обра­зом. В неотвержденном состоянии мочевиноформальдегидные смолы представляют собой коллоидные растворы с глобулами диаметром 0,02—0,05 мкм из цепных макромолекул метилоль-ных соединений. При введении отвердителей начинается процесс структурообразования, который можно подразделить на три эта­па (стадии).

1. Стадия свободнодисперсной структуры, отличающаяся по­стоянством значений вязкости.

2. Стадия связно-дисперсная, включающая фазы скрытой коагуляции и гелеобразования. На стадии скрытой коагуляции глобулы соединяются в коллоидные агрегаты без выделения их из раствора. В период гелеобразования из золя непрерывно вы­деляются продукты коллоидной агрегации с образованием жесткого пространственного каркаса. Следует отметить, что при неблагоприятном (малом) соотношении компонентов золя количество продуктов коллоидной агрегации может оказаться недоста­точным для образования жесткого каркаса. Тогда происходит
их седиментация.

3. Стадия упрочнения структурных связей соответствует ла­винному нарастанию структурной прочности с агломерациейструктурных элементов до образования сплошной аморфной
массы.

Стадийно происходит отверждение и других синтетических смол. Стадии переходят одна в другую постепенно, что не позво­ляет четко разграничить продолжительность каждой. Так, на­чало гелеобразования определяется визуально. Степень загустевания в процессе отверждения измеряется на консистометре. Для оценки времени твердения используется игла Вика, хотя это измерение весьма несовершенно: игла может свободно прохо­дить до основания конуса в почти затвердевшую смолу. Все это затрудняет оперативную оценку технологических свойств тампо­нажных смесей на основе синтетических смол и требует разра­ботки новых методов исследований.

Заслуживает внимания метод измерения времени «начала твердения» по изменению электропроводимости тампонажной смеси в момент, соответствующий началу интенсивного структу-рообразования. Однако общего признания метод не получил.

Основные свойства раствора и конечного продукта регули­руют изменением количества воды и отвердителя. Для повыше­ния плотности тампонирующих растворов из синтетических смол в них часто вводят наполнители. Повышение температуры интен­сифицирует процессы отверждения.

Рис. 76. Рис. 77.

Рис. 76. Зависимость сроков тверде­ния тампонажных растворов из смо­лы

МФ-17 от содержания соляной кислоты и воды:

1, 2—3% HCl; 1′, 2′ — 10% НСl; 1 И 1′— Начало твердения; 2 и 2′ — Конец тверде­ния

Рис. 77. Зависимость времени твер­дения смолы МФ-17 от температуры

На рис. 76 приведен характер изменения сроков твердения тампонажных растворов из смолы МФ-17 в зависимости от кон­центрации смолы и отвердителя (соляной кислоты). Как следу­ет из рис. 76, с увеличением содержания воды в растворе до 40% при концентрации отвердителя 3% время твердения воз­растает примерно в 5 раз.

На рис. 77 приведен характер влияния температуры на вре­мя твердения смолы МФ-17, отвержденной 8% соляной кислоты, а на рис. 78 — характер влияния на сроки твердения тампонаж­ного раствора из смолы МФ-17 наиболее водопотребляющего наполнителя — бентонитового.

Карбамидные смолы, особенно в смеси с водой, дают при затвердевании камень низкого качества со значительной усад­кой. Исследования показывают, что в тех случаях, когда смола отвердевает в короткий срок (до 2—3 мин), камень в течение 7—10 дней дает трещины.

Добавкой некоторых компонентов и их комбинацией можно регулировать пластические свойства, скорость гелеобразования и усадку тампонажного камня.

Рис. 78. Зависимость сроков тверде­ния тампонажного раствора из смо­лы МФ-17 от содержания

Бентони­тового порошка (отвердитель-щаве-левая кислота):

1, 2 — 100% смолы; 1‘, 2‘ — 50% смолы, 50% Воды; 1 и 1′ — начало твердения; 2 и 2‘ — Конец твердения

Одна из рецептур такого тампонажного раствора в мас­совых частях следующая (вре­мя схватывания 1 мин):ММФ-50—100; акриламид — 10; ме-тиленбисакриламид — 0,4; со­ляная кислота — 5; гидросуль­фит натрия — 0,014.

Тампонажные смеси из смол ТСД-9 и ТСД-10 имеют замедленные сроки твердения (до 4,5 ч). Для ускорения твердения применяют добавки кальцинированной соды. Ра­бочий раствор готовят на со­довой воде. Состав раствора в массовых частях: смола ТСД-9—2, формалин—1, содовая вода — 2. Сроки твердения за­висят от содержания кальци-нированой соды в содовой во­де и изменяются от 1 ч 50 мин (начало) и 2 ч 30 мин (конец) при содержании соды 2% до 15 мин (начало) и 22 мин (конец) при содержании соды до 10%.

Твердеющие тампонажные растворы из синтетических смол — основа для комбинированных тампонажных составов, со­держащих минеральные компоненты. В некоторых тампонажных составах используются смеси синтетических смол. Большим не­достатком растворов из синтетических смол является слабое сродство с глинистой коркой, отложившейся при бурении с промывкой глинистым раствором. Кроме того, смолы довольно плохо смываются с инструмента и оборудования, что также ос­ложняет их использование. Ряд смол и отвердителей токсичны, что требует особой осторожности при работе с ними.

При использовании растворов с соляной кислотой в качестве отвердителя необходимо иметь в виду, что в карбонатных поро­дах кислота нейтрализуется и состав может вообще не затверде­вать.

Нетвердеющие смеси

Нетвердеющие составы на основе синтетических смол полу­чили название вязкоупругих растворов. Один из составов пред­ставляет собой водную смесь полиакриламида, водораствори­мых синтетических смол (гексарезорциновой, ФР-12, ФР-50 и др.) и технического формалина. Содержание полиакриламида в исходном водном растворе составляет 0,5—1%, водного раство­ра гексарезорциновой смолы 1—2%-ной концентрации —10—15% и водного раствора формалина 40%-й концентрации — 1-2%.

Вязкоупругий раствор готовят следующим образом. В глино­мешалке в течение 1—2 ч перемешивают водный раствор ПАА, а в отдельной емкости — водный раствор смолы в течение 20— 30 мин. После этого раствор смолы выливают в раствор ПАА и перемешивают 20—30 мин. Затем постепенно при тщательном перемешивании вводят формалин, смесь оставляют в покое на 18—20 ч для завершения реакции. Полученный состав представ­ляет собой резиноподобный гель плотностью 1 г/см3 с довольно прочной пространственной решеткой из скоагулировавшего по­лимера (водонаполненная полимерная сетка). Для уменьшения температуры замерзания вязкоупругого состава водный раствор ПАА можно приготовить на водном растворе поваренной соли.

Очень прочная упругая структура образуется при сополиме-ризации акриламида 16—25%-ной водной концентрации с ме-тиленбисакриламидом 1—4%-ной концентрации. Для иницииро­вания полимеризации применяется окислительно-восстанови­тельная система, включающая персульфат аммония и гидро­сульфат натрия (соответственно 0,5 и 0,14% от массы акрил-амида). Вязкая масса формируется в течение 3—4 мин и су­щественно зависит от температуры.

Этот состав не может быть доставлен в зону поглощения в виде однорастворной смеси. Его следует либо получить смеши­ванием исходных компонентов в зоне поглощения, либо облаго­раживать введением реагента — замедлителя схватывания, ко­торый бы отодвигал сроки схватывания на период закачки.

Вязкоупругие составы применяются при борьбе с поглоще­ниями, а также для повторного тампонирования. С целью по­вышения эффективности в них можно вводить наполнители.

§ 2. ТАМПОНАЖНЫЕ РАСТВОРЫ НА ОСНОВЕ ЛАТЕКСОВ

Латексные растворы получают при смешивании латекса с водным раствором хлористого кальция примерно в равных объ­емах. Наиболее распространенная концентрация хлористого кальция 3—5%. Процесс коагуляции сопровождается резким ро­стом вязкости продукта, поэтому латексные растворы получают преимущественно в скважине в зоне поглощения.

Для регулирования свойств тампонажных растворов на осно­ве латекса используются различные добавки. Так, прочность тампона из скоагулировавшего латекса повышается при введе­нии в раствор 10—15% лигнина, структуру малоконцентриро­ванным латексам придают добавкой КМЦ (0,5—1% порошка от массы латекса или до 10% к объему латекса 5—7%-ного вод­ного раствора). Для повышения закупоривающей способности вводят наполнители, оптимальная добавка которых составляет 100—120 кг/м3. Так как плотность латексов ниже плотности воды, их закачивают с применением пакеров.

Комментарии запрещены.