ДИФФУЗИЯ ИОНОВ ИЗ ЦЕМЕНТНОГО РАСТВОРА В ПРИСТВОЛЬНУЮ ЗОНУ
Практика цементирования скважин в породах с низкой положительной и отрицательной температурами показала, что’ применять обычные тампонажные растворы в таких условиях нельзя. Для них характерны длительные периоды времени до наступления схватывания и низкая скорость роста прочности камня или просто замерзание раствора, а также воды в объеме цементного камня. Замороженный в раннем возрасте цементный камень характеризуется рыхлым строением, низкой прочностью и высокой проницаемостью.
Для обеспечения качественного цементирования в низкотемпературных интервалах ствола скважины, с целью предотвращения фазового перехода воды затворения в лед применяют противоморозные добавки (ПМД). Это неорганические соли (хлорид натрия в сочетании с хлоридом кальция, соединения нитрата кальция с мочевиной, хлорид кальция, поташ в сочетании с едким кали или отдельно поташ), которые вводят в жидкость затворения — воду, используемую для приготовления цементного раствора. Количество вводимой ПМД, определяющее концентрацию ее в жидкости затворения, зависит от температуры пород и эффекта действия этих добавок как понизителей температуры замерзания воды или ускорителей схватывания цементного раствора за счет соответствующего электролита.
В процессе цементирования обсадной колонны в интервале низкотемпературных пород тампонажный раствор, находящийся в кольцевом пространстве между обсадной колонной и стенкой скважины, может контактировать с водой, которая образуется вследствие таяния льда. В связи с этим концентрация добавки в воде затворения тампонажного раствора будет в процессе диффузии уменьшаться, так как будет происходить проникновение растворенного вещества (противоморозной добавки — электролита) из тампонажного раствора в приствольную зону ствола скважины. Таким образом, в результате эффекта диффузии будет иметь место самопроизвольное выравнивание концентраций. Практически через достаточно продолжительный период времени концентрация соли в цементном камне может снизиться вплоть до нуля, так как объем приствольной зоны может значительно превышать объем заколонного пространства скважины. Поэтому при введении соответствующего количества ПМД в жидкость затворения необходимо учитывать ее потери из тампонажного раствора и камня в результате действия эффекта диффузии. Изучение этого вопроса представляет большой интерес, так как одной из причин неудачного крепления скважин в условиях низкотемпературных пород может явиться снижение концентрации ионов противоморозной добавки в цементном растворе в процессе гидратации цемента. Поэтому правильная оценка диффузии между тампонажным раствором и водой приствольной зоны позволит обеспечить повышение надежности крепления скважин в условиях распространения низкотемпературных пород. Результаты исследования этого вопроса изложены в работе [25].
Характер и особенности изменения концентрации ПМД в цементном растворе зависят от численных значений коэффициентов диффузии контактирующих сред, которые обычно представлены песком кварцевого типа и портландцементом.