МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СВОЙСТВ ТАМПОНАЖНЫХ РАСТВОРОВ
Свойства тампонажных растворов регулируют с помощью следующих материалов: ускорителей сроков схватывания, замедлителей сроков схватывания, пластификаторов, понизителей водоотдачи.
Ускорители сроков схватывания — это в основном электролиты и такие вяжущие, как гипс и глиноземистый цемент. Механизм действия электролитов на растворы из цементов сложен и пока не установлен. Имеются попытки объяснить действие солей влиянием их на растворимость глинозема. Часто эффект воздействия определяется количеством применяемого электролита: при некоторых концентрациях соль выступает в роли замедлителя сроков схватывания. На характер действия электролитов влияют условия обработки, состав цемента, состав и количество примесей и др.
Хлористый кальций СаС12 — наиболее распространенный ускоритель сроков схватывания, вводится в количестве до 5%, а в тампонажных смесях и пастах — до 15%. В больших концентрациях снижает долговечность тампонажного камня и усиливает коррозию обсадных труб. При повышении концентрации хлористого кальция увеличиваются вязкостные свойства цементных растворов.
Хлористый калий КСl вводится в количестве 3—4%, повышает реологические свойства тампонажных растворов.
Силикат натрия (жидкое стекло) добавляется в количествах до 15%, сильный ускоритель, но степень воздействия его на раствор зависит от модуля. Он интенсивно повышает реологические показатели раствора.
Карбонат калия (поташ) К2СО3 — бесцветное кристаллическое вещество плотностью 2,3—2,4 г/см3, хорошо растворяется в воде, вводится в количестве до 5%. Он применяется для ускорения схватывания растворов при отрицательных и низких положительных температурах. В быстросхватывающихся смесях концентрация его может доходить до 12%.
Хлористый натрий NaCl ускоряет схватывание и твердение растворов при дозировках до 5%. При этом улучшаются подвижность тампонажного раствора, сцепление его со стенками скважины, сложенными галогенными и глинистыми породами. Хлористый натрий используется также для снижения температуры замерзания растворов, но дозировка его в этом случае повышается. При добавке выше 10% NaCl выступает как замедлитель схватывания раствора.
Кальцинированная сода — сильный ускоритель для малоактивных цементов. Дозировка ее составляет менее 5%. Она применяется также в растворах, предназначенных для использования при низких положительных температурах.
Аскарит получают путем смешивания асбеста с NaOH при температуре 200 °С. Это сильный ускоритель схватывания и твердения цементно-бентонитовых смесей, дозировка его — до 2%.
Применяются также и другие ускорители схватывания тампонажных растворов, такие, как щелочи, алюминат натрия, хлористый алюминий. Все ускорители схватывания вводят с водой затворения. Это требует оперативного использования приготовленных тампонажных растворов.
Замедлители сроков схватывания используются в растворах, предназначенных для цементирования глубоких или высокотемпературных скважин. Для этого применяются как электролиты, так и органические вещества. Последние в большинстве своем обладают пластифицирующими свойствами, снижают водоотдачу.
Механизм действия замедлителей схватывания растворов также изучен слабо. Большинство замедлителей — гидрофили-зирующие поверхностно-активные вещества. Эффект замедления схватывания раствора связан с адсорбционными явлениями на поверхности раздела твердой и жидкой фаз. Замедлители схватывания адсорбируются на зародышах новообразований в тампонажном растворе, препятствует их росту и участию в кристаллизационном структурообразовании.
Пластификаторы Используются для повышения текучести растворов. Наибольшее распространение получили: сульфит-спиртовая барда — дозировка до 1,5%; концентрированная сульфит-спиртовая барда — дозировка до 1%; активированный гидролизный лигнин —дозировка до 1%; полифенол лесохимический — дозировка до 0,3%; игетан — дозировка до 2%; сульфонол (рекомендуется для цементных растворов на основе глиноземистого цемента)—дозировка до 1%. Все они вводятся с водой затворения.
Понизители водоотдачи Являются стабилизаторами дисперсных систем и вследствие этого снижают водоотдачу.
Бентонитовая глина применяется главным образом в цементных растворах, содержащих грубодисперсные добавки, в количестве 5—10% от массы цемента; понижает водоотдачу в 3—4 раза.
Полиакриламид — один из активных реагентов, дозировка его до 0,3%, при этом водоотдача понижается в 10— 30 раз. Введение ПАА сопровождается ростом вязкости раствора, поэтому он применяется совместно с кальцинированной содой (до З%) или бихроматами (до 1%).
Гипан применяется для снижения водоотдачи обычных цементных и гельцементных растворов. Дозировка его составляет 1,5%, он понижает водоотдачу в 2—5 раз.
Карбоксиметилцеллюлоза снижает водоотдачу (в 3—4 раза) обычных цементных растворов, а также растворов с облегченными добавками и шлаками; дозировка ее составляет 1,5%.
Конденсированная сульфит-спиртовая барда применяется для снижения водоотдачи обычных цементных и шлаковых растворов, дозировка ее составляет 2%, она снижает водоотдачу в 5—7 раз, увеличивает прочность связи цементного камня с металлом. Аналогичным образом действует ССБ.
Нитролигнин понижает водоотдачу цементных растворов в высокотемпературных скважинах, дозировка его до 1,5%, он снижает водоотдачу в 4—5 раз.
К — 4 добавляют для снижения водоотдачи обычных цементных растворов, дозировка его до 2%, он снижает водоотдачу в 100 раз, одновременно уменьшается вязкость раствора.
Применяются комбинации реагентов. Все они вводятся с водой затворения.