Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Выясним влияние температуры на некоторые свойства цементных растворов, от которых непосредственно зависит качество тампонаж — ных работ.

В Советском Союзе исследования по определению влияния повы­шенных температур на физпко-механические свойства цемента впер­вые были проведены В. И. Корепаповым и Е. К. Мацинским в ГрозНИИ и Н. А. Луценко и Р. И. Гроздовской в АзНИИ. С 1930 по 1935 г. они выполнили большой объем работ и выяснили влияние температуры на некоторые физико-механические свойства цементов и цементных растворов. В опытах Н. А. Луценко и Р. И. Гроздов­ской было показано, что с повышением температуры до 100—140° С начало схватывания цементных растворов уменьшается примерно с 2 ч 30 мин до 0—20 мин; это объясняется тем, что с повышением температуры ускоряются химические реакции взаимодействия це­мента с водой. Естественно, что скорость течения этих реакций, а следовательно, и сроки схватывания цементного раствора зависят от состава цемента.

В дальнейшем подобные исследования проводились А. И. Булато­вым, А. Н. Стафикопуло, С. Л. Ланцевицкой и др. В табл. 47 при­ведены данные А. Н. Стафикопуло и А. И. Булатова, показывающие влияние температуры на сроки схватывания цементов Карадагского и Новороссийского заводов.

С. Л. Ланцевицкая [46], исследуя влияпие температуры на сроки схватывания различных цементов, выпускаемых Карадагским заво­дом, пришла к выводу, что начало схватывания цемента интенсивно ускоряется до температуры 95—105° С, а с температуры 120° С и выше начало схватывания остается примерно постоянным. Что касается интервала 95—120° С, то здесь установить закономерность изменения начала схватывания от температуры не удалось.

Сокращение сроков схватывания цементных растворов и его загустевания под влиянием температур во время продавки может привести к нежелательным последствиям. Так, иногда вследствие того, что неизвестны истинные температурные условия в скважинах, цементный раствор начинал схватываться в бурильных и обсадных колоннах во время продавки.

Поэтому при тамионажных работах тип цемента и соответству­ющие добавки (пластификаторы п замедлители) непременно должны подбираться с учетом максимальной температуры, которая, как это видно из предыдущего изложения, может меняться в различные периоды процесса цементирования.

Большое влияние температура оказывает и на процесс твердения цементного раствора. Исследования, выполненные в АзНИИДН с цементами заводов Новороссийского, «Каспии» и им. Воровского» [24, 461, показали, что процесс нарастания прочности цементного камня при повышении температуры протекает в более короткий срок (2—14 дней), чем при нормальной температуре. Достигнув макси­мума, прочность неуклонно падает во времени, причем тем интенсив­нее, чем выше температура среды. Это явление объясняется ускоре­нием выщелачивания и изменением условий кристаллообразования минералов цементного камня под влиянием высоких температур.

В работе [721 было показано, что формирование структуры в цементном камне при повышенных температурах и давлениях сопровождается образованием ряда новых минералов.

Независимо от исследований, проведенных в АзНИИДН, сниже­ние прочности цементного камня на основе тампонажного порт­ланд-цемента под воздействием высоких температур было устано­влено также Е. К. Мачпнским и А. И. Булатовым [57].

Исследования, проведенные в ГрозНИИ и в АзНИИДН, показали что при высоких температурах нельзя использовать известный способ регулирования процесса схватывания и твердения цементного раствора изменением только водо-цементного отношения.

Исследованию влияния температуры на силу сцепления цемента с обсадными трубами и породой посвящены работы Р. И. Гроздов — ской, С. JI. Ланцевицкой, А. И. Булатова, Е. К. Мачинского. Эти авторы указывают, что с ростом температуры выше 100—120° С, сила сцепления твердеющего цемента со сталью труб снижается, а сила сцепления цемента с поверхностью породы, покрытой короч­кой нормального или химически обработанного глинистого раствора при температурах 75—120° С весьма незначительна [10].

По данным А. И. Булатова [10] с повышением температуры до 100° С интенсивно снижается и проницаемость цементного камня, приготовленного на основе тампонажного портланд-цемента без добавления песка, а при повышении температуры выше 100° С проницаемость увеличивается. При температурах 140—200 °С про­ницаемость настолько увеличивается, что цементный камень теряет свои изолирующие способности.

На увеличение проницаемости цементного камня при температу­рах выше 125° С указыпают и зарубежные исследователи [801.

Изучение причин недоброкачественного цементирования привело к выводу, что важнейшей из них «следует считать исключительно высокую водоотдачу цементных растворов и явления, обусловлен­ные ею» [50]. Поэтому изучению фильтрационных свойств растворов тампонажного цемента п, в частности, влиянию высокой темпера­туры на водоотдачу этих растворов за последнее время уделяется все большее внимание как в Советском Союзе, так и за рубежом.

На рис. 68 приводятся данные о степени водоотдачи цементных растворов, применяемых в США и содержащих в виде добавки раз­личное количество полимера D-23[6]npn разной температуре. Как

следует из этого рисунка [19] водоот­дача раствора, приготовленного на основе цемента класса Е по номен­клатуре АНИ (обычный цемент, при­меняемый для крепления нефтяных скважин до глубины 4270 м), изме­няется в достаточно широких преде­лах и зависит от окружающей температуры, а также от концен­трации добавки.

Примерно к такому же заключе­нию приходят в своих выводах А. И. Леонидова и Е. М. Соловьев [50], исследовавшие водоотдачу це­ментных растворов, приготовленных из цемента завода «Комсомолец».

В настоящее время для успеш­ного цементирования скважип с вы­сокими забойными температурами применяют различные пла­стификаторы и замедлители схватывания цементных растворов. В АзНИИДН и ГрозНИИ 110] рекомендуется применять при темпе­ратурах до 120—150° С поверхностно-активное вещество ССБ и на­триевую соль КМЦ.

Для торможения процесса схватывания цементного раствора при температурах 170—200° С [10] рекомендуется применять винно­каменную кислоту (ВК), «сырой» винный камень (СВК), добавка которого в количестве 0,5% при температуре 110° С замедляет начало схватывания с 2 ч до 30 мин.

В зарубежной практике в качестве замедлителей применяют отходы целлюлозной промышленности — лигнин, карбоксил метил — гидроэтилцеллюлоза (КМГЭЦ), модифицированный лигниновый за­медлитель (МЛЗ) и т. д. Для стабилизации прочности цементных смесей применяют кремнезем — силикатную муку [80].

Большие работы ведутся по изыскапию новых сортов цемента, пригодных для цементирования скважин с высокими забойными температурами. Как показали исследования, проведенные в АзНИИ 1241 и др., стойкость цемента зависит от минералогического состава и температуры среды твердения. Наиболее удовлетворяет требова­ниям, предъявляемым к тампонажному цементу для глубоких скважин с температурой до 160° С, белитовый малоалюминатный цемент с 15% песка, а также шлаковые цементы.

В Ставропольском, Краснодарском, Грозненском и других районах с аномальной геотермической характеристикой применяют цементно-песчаные смеси в сочетании с замедлителем схватывания (СВК) и шлако-песчаные цементы [10], позволяющие успешно цементировать при температурах от 100 до 200° С.

Для цементирования скважин с забойной температурой 100— 130° С предложена [59] шлако-цементно-песчаная смесь с добавкой ССБ в качестве замедлителя схватывания. После затвердения ука­занная смесь приобретает высокие прочность и плотность.

Чтобы успешно цементировать скважины, бурящиеся с исполь­зованием тяжелых глинистых растворов, созданы утяжеленные шлако-песчаные растворы [58]. Смеси удельного веса до 2,3— 2,4 Г/см3 даже при температурах 200° С и давлении 500 кГ/сма имеют удовлетворительные сроки схватывания (1,5 ч), а прочность образовавшегося цементного камня оказывается достаточно высокой.

[1]

Если тепло проходит через цилиндрическую трубу, то условия подвода и отвода тепла всегда различны, так как внутренняя по­верхность трубы всегда меньше наружной.

Комментарии запрещены.