ХАРАКТЕРИСТИКА ТАМПОНАЖНЫХ РАСТВОРОВ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОВЫШЕНИЮ КАЧЕСТВА ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ В МЕРЗЛЫХ ПОРОДАХ
При заканчивании скважин на Севере обязательным условием обычно является перекрытие толщи мерзлых пород обсадной коло..ной со спуском ее ниже подошвы многолетней мерзлоты. Кольцевое пространство между наружной поверхностью колонны и стенкой скважины заполняют цементным раствором. Он должен гидратировать и твердеть при низких температурах, чтобы поддерживать обсадную колонну (предупреждать проседание) и сцепляться с породой. Цементный камень также не должен разрушаться в процессе возможных циклов промерзания —
оттаивания, должен обладать достаточной прочностью для выдерживания сжимающих и растягивающих нагрузок при оседании или замерзании породы. Цементное кольцо должно выполнять и свои обычные функции, перечень которых хорошо известен.
Воспользовавшись методикой раздела 5.2, определим время конца схватывания тампонажного раствора (момент начала образования камня) в зависимости от температуры. В качестве оценки получим следующие результаты: Т = 40°С — конец схватывания 5 ч; Т = 30°С — 8 ч; Т = = 20°С — 16 ч; Т = 10°С — 34 ч; Т — 5°С — 62 ч. Эти результаты удовлетворительно совпадают с экспериментальными данными. Таким образом, обычные цементные растворы в условиях низких положительных и отрицательных температур применять нельзя из-за слишком больших сроков схватывания, опасности преждевременного замерзания и низкой прочности. Из раздела 5.2 известно, что при низких температурах прочность камня примерно пропорциональна произведению температуры на время. Например, если при температуре 20°С прочность цементного камня в двухсуточном возрасте будет равна 4 МПа, то при температуре 5°С она составит только 1 МПа, т. е. в 4 раза меньше.
С учетом практических условий цементы для условий низкотемпературных пород должны иметь следующие характеристики [77]: короткое время ожидания затвердевания цемента (ОЗЦ); способность схватываться при существующих в скважине температурах без значительного подогрева смеси или прокачки теплой воды; способность схватываться, выделяя при гидратации небольшое количество тепла, что предотвращает дополнительное таяние многолетней мерзлоты; набор достаточной прочности.
Согласно мнению П. Я- Зельцера [23], крепление скважин в мерзлоте зависит от физико-механических свойств пород. В одних районах эти породы устойчивы к действию положительных температур; основные трудности возникают при бурении и креплении верхних горизонтов, сложенных рыхлыми песками, сцементированными льдом. В других районах разрез скважин представлен рыхлыми, неустойчивыми породами, которые сцементированы только льдом. Если в первом случае достаточно спуска и цементирования направления, то во втором крепление рекомендуется проводить с некоторыми особенностями. Так, например, при проектировании конструкций скважин целесообразно предусматривать спуск кондукторов не менее чем на 100 м ниже подошвы мерзлоты, что в значительной мере снижает опасность проседания кондукторов и возникновения других аварийных ситуаций. Подъем тампонажного раствора за направлением и кондуктором до устья следует признать обязательным. Невыполнение этого условия может привести к смятию колонны труб.
Исходя из этого, на месторождениях Севера резко возросла потребность в эффективных методах измерения объема каверн, поскольку традиционные приборы дают недостоверную информацию об объеме скважин. Причина заключается в том, что рычаги каверномеров не достают стенок некоторых каверн вообще. Поэтому не удается даже приближенно оценить фактический объем каверн. В работе [36] отмечается, что при определении объема ствола в мерзлых породах существенную ошибку вносит продолжительность периода времени между кавернометрией и цементированием колонны. В этот период породы продолжают протаивать и разупрочняют — ся. При промывках перед спуском и цементированием колонны слой растаявшей слабосвязной породы смывается со стенок циркулирующей жидкостью, что приводит к дополнительному увеличению объема, не учтенному каверномером.
Ниже описана изложенная в работе [36] методика определения объема каверн, не требующая специальных скважинных приборов и основанная на измерениях во времени глубины скважины, механической скорости, плотности промывочной жидкости на входе и выходе из скважины, производительности насосов. Предлагаемая методика позволяет независимо от формы ствола скважины непрерывно вести определение его объема и контролировать интенсивность кавернообразования. В работе на конкретном примере показан расчет объема каверн при бурении под кондуктор (интервал 150—530 м) скв. 451 Уренгойского месторождения.
Бурение велось бурильной колонной диаметром 0,114 м с долотом диаметром 0,394 м. В процессе бурения и простоев с промывкой плотность глинистого раствора на входе и выходе скважины измерялась стандартным ареометром. Из-за отсутствия расходомера подача насосов определялась объемным способом по скорости снижения уровня раствора в приемных емкостях при остановленном шламовом насосе. Этот способ удобен на Севере, в частности на Уренгойском месторождении, где при бурении под направление и кондуктор раствор из скважины направляется, как правило, по канаве в земляной амбар, из которого центробежным шламовым насосом периодически перекачивается в приемные емкости. Определение подачи по числу двойных ходов насоса в условиях плохой очистки раствора дает менее надежные результаты, поскольку из-за абразивного воздействия глинистого раствора, содержащего много песка, снижается и подчас значительно коэффициент наполнения насосов при эксплуатации. Результаты расчета по методике сведены в табл. 6.3. Вычис-
Т а б л и ц а 6.3
|
Результаты расчета объема каверн с использованием промысловых данных |36]
|
ленный объем каверн и объем скважины, определенный стандартным каверномером, после вскрытия интервала 150—530 м различаются всего на 2%.
Методика успешно применена на скв. 704, 501, 542, 442 и др. Медвежьего и Уренгойского месторождений. Результаты расчетов подтверждены подъемом цементного раствора до проектной высоты за колоннами, данными отбивки цементного кольца и акустической цементометрии. Практика также показала, что необходимо тщательно измерять плотность раствора. Для этого пробы раствора следует отбирать у самого выхода из скважины, а также на входе насоса, в местах наибольшего перемешивания. Несоблюдение этого условия приводит к значительным погрешностям, которые также могут возникнуть при небрежном измерении плотности. Часто ошибаются при определении плотности выходящего из скважины маловязкого нетиксотропного раствора, в котором быстро оседает шлам. Поэтому для заполнения ареометра представительной пробой раствор необходимо тщательно взболтать. Для определения плотности желательно применять ареометры повышенной точности (до 0,001 г/см3).
Авторы работы [36] считают, что при организованной системе регистрации скорости механического бурения, подачи насосов и плотности раствора методика может найти широкое применение для оценки динамики кавернообразования. В ряде случаев она исключит непроизводительные затраты времени на работы по определению объема каверн специальными геофизическими приборами.
Низкие положительные и отрицательные температуры оказывают воздействие на цементный раствор. Они не только приостанавливают гидратацию, но и разрушают структуру цементного камня [23]. Поэтому цементный раствор должен содержать не замерзающую при скважинной температуре жидкость. Для этой цели в воду затворения вводят противо — морозные добавки (ПМД). В работе [23] указано, что при разработке тампонажного состава важно снижать водоцементное отношение, что позволяет сократить продолжительность ОЗЦ, получить высокие прочностные характеристики цементного камня, уменьшить отрицательное влияние на его свойства переменных положительных и отрицательных температур. Также рекомендуется при подготовке рецептур тампонажных растворов к использованию предусматривать определение их физико-механических свойств не только при отрицательной температуре, но и при положительной температуре, которую будет иметь раствор в период приготовления. Это позволит исключить его преждевременное схватывание, особенно при проведении цементирования в летнее время. С учетом этих критериев для цементов, поставляемых в районы Восточной Сибири и Якутии, были разработаны тампонажные рецептуры, содержащие в качестве химических добавок хлорид кальция (1—5% к массе цемента), гидроксид калия (0,5—3%) и сульфосалициловую кислоту (0,02—0,1%) при пониженном водоцементном отношении 0,4—0,45.
Формирование структуры цементного камня в зоне мерзлых пород протекает при низких положительных и отрицательных температурах. Это обусловливает медленное схватывание и твердение тампонажного раствора, а в некоторых случаях и преждевременное замораживание.
|
ИЗ |
8 Заказ 1935
Подвергнутый в раннем возрасте замораживанию цементный камень характеризуется рыхлым строением, низкими прочностными показателями и высокой проницаемостью.
В работе [77] также указано, что арктические цементы не должны замерзать до завершения реакции схватывания. Для этого имеются три альтернативных способа: поддержание соответствующих тепловых условий; понижение точки замерзания; использование быстросхватывающих — ся, выделяющих при гидратации большое количество тепла цементов. Удовлетворяют этим трем способам соответственно обычные цементы для нефтяных скважин (класс А, В, С и G), цементы на основе гипса и глиноземистые цементы. Цементы классов А, В, С и G по стандартам Американского нефтяного института (АНИ) не схватываются при температурах ниже точки замерзания, даже когда схватывание ускоряется добавкой 4%-ного хлорида кальция. Если они замерзают, а потом оттаивают, то система приобретает невысокую прочность. Замерзая в цементе, вода образует каналы, ослабляющие структуру и делающие ее пористой.
Наиболее доступным и удобным способом ускорения схватывания цементных растворов и сокращения времени их твердения при низких температурах является введение в их состав химических реагентов, понижающих температуру замерзания жидкой фазы. Благодаря этому минералы портландцементного клинкера могут гидратировать, обеспечив твердение на морозе без структурных изменений камня.
В результате выполненных исследований бетонов установлены эффективные противоморозные добавки и их оптимальные дозировки. Так, А. В. Лагойда [1974 г.] рекомендует применять в качестве ПМД при отрицательной температуре поташ. Оказалось, что поташ наиболее эффективен для цементов с повышенным содержанием трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината. Положительное влияние поташа на процесс твердения цемента заключается не только в снижении температуры замерзания жидкой фазы, но и в создании условий, необходимых для образования новых соединений, упрочняющих твердеющий камень. Так, например, в результате взаимодействия алюмосодержащих клинкерных минералов с поташом при отрицательной температуре образуется гидро — карбоалюминат кальция состава СзА• СаСОз-11НгО, что приводит к увеличению прочности.
В работе [67] приведены основные требования к тампонажным материалам, применяемым для цементирования скважин в многолетнемерзлых породах, а также в породах, имеющих низкие положительные (до 10°С) температуры. Установлено, что из всего многообразия противомо — розных добавок наиболее приемлемой для цементирования скважин в мерзлоте является калийно-щелочная добавка (К2СО3+КОН). Калийно-щелочной раствор (КЩР), по мнению авторов, обладает рядом положительных свойств в сравнении с другими добавками, применяемыми в настоящее время. Отличительной особенностью в сравнении, например, с хлоридами является отсутствие коррозии металлоконструкций (обсадные трубы, емкости и т. п.) Основными преимуществами КЩР перед растворами на основе хлористого кальция или хлористого натрия являются следующие: цементный раствор не замерзает при температуре
до — 10°С; не корродирует металл и цементный камень; повышается прочность цементного камня; камень не имеет спадов прочности во времени и ниже расход химических добавок.
Согласно работе [77] гидратация цементов может протекать достаточно эффективно в случае поддержания соответствующих тепловых условий. Температурные измерения в стволе скважины, проведенные с помощью термисторов на кабеле, показали, что обычные цементы могут с успехом использоваться при условии, что температура жидкого цементного раствора поддерживается в пределах от 4,4 до 7,2°С. Такие условия можно создать при условии, когда в процессе схватывания в обсадной колонне циркулирует теплая вода. Однако, следует быть внимательным при цементировании неустойчивых участков, так как температура на границе порода — цемент может быть значительно ниже непосредственно за обсадной колонной.
В работе [39] также отмечается, что цементный камень при креплении кондуктором интервала мерзлых пород формируется в неблагоприятных условиях. При этом схватывание цементного раствора протекает при небольших положительных температурах. Возможен даже случай, когда на стенке скважины устанавливается отрицательная температура. В зоне отрицательной температуры цементный раствор замерзает не схватившись, а в зоне положительной температуры после твердения имеет низкую прочность. Идея предлагаемого в работе [39] метода интенсификации процесса схватывания цементного раствора в затрубном пространстве заключается в том, чтобы перед цементированием обсадной колонны нагреть небольшой слой пород вокруг ствола скважины. Этого будет достаточно, чтобы создать благоприятный температурный режим при схватывании цементного раствора. На практике это может быть реализовано следующим образом. Пусть башмак обсадной колонны должен достигнуть глубины Н (обычно Hi на 50—100 м превышает глубину подошвы слоя мерзлых пород). Температура входящего бурового раствора при приближении временного забоя к глубине Н резко увеличивается за счет предварительного нагрева на поверхности и создается запас тепла. Этот запас тепла и замедлит процесс восстановления температурного равновесия в стволе скважины, создавая благоприятные условия для схватывания цементного раствора.
Для выяснения оптимальных условий данного процесса в работе [39] проведено моделирование на гидроинтеграторе. Задачу решали в два этапа. Сначала определяли возмущение температурного поля вокруг скважины в процессе циркуляции промывочной жидкости. На втором этапе определяли температурное поле в скважине и в породах после прекращения циркуляции. Гидромоделирование показало, что увеличение температуры промывочной жидкости (на втором этапе) — наиболее оптимальный путь интенсификации процесса схватывания цементного раствора в затрубном пространстве. При рассмотрении задачи не учитывалось тепло гидратации, которое уменьшит скорость охлаждения стенок скважины после прекращения циркуляции промывочной жидкости. В заключение авторы отмечают, что предлагаемый метод не рекомендуется при креплении слабосцементированных льдом пород, так как из-за обрушения и смыва оттаявших пород не произойдет аккумулирование тепла в приствольной зоне. Указанный метод можно применять только в интервалах устойчивых мерзлых пород.
Выше было отмечено [77], что одним из требований к цементам является выделение небольшого количества тепла. На этот фактор обращают внимание и другие авторы. Так, например, в работе [74] указывается, что при цементировании разведочных скважин в мерзлых породах достаточная уверенность в успехе возможна в том случае, если в процессе гидратации цементного раствора не произойдет протаивания льда. Поэтому технология цементирования должна быть такой, чтобы не вызывать растепления пород на стенках скважины. В частности рекомендуется применять тампонажные растворы с низкой теплотой гидратации и отличающиеся низкой теплопроводностью. В работе получено решение, которое позволяет дать ответ на вопрос о правильном подборе составов цементных растворов, исключающем протаивание мерзлых пород.
Одним из мероприятий, обеспечивающим качественное крепление скважин, является использование специальных цементов на основе гипса. Результаты промысловых и лабораторных работ [77] показали, что температурные пики, свидетельствующие о гидратации гипсовых смесей, возникали через 2—3 ч. Это указывает на гидратацию и схватывание. Измерения свидетельствуют о низком тепловыделении при гидратации. В американской практике низкотемпературные вяжущие состоят из цемента класса G по стандарту АНИ, соли для понижения точки замерзания и химических добавок, регулирующих время загустевания, а также гипса. Широко применяется смесь 60% гипса и 40% цемента класса G. Гипс обеспечивает развитие ранней прочности, даже при низких температурах, а цемент класса G обеспечивает более позднюю прочность. Цементные растворы готовят смешением холодного цемента и холодной воды, которые схватываются при температурах от —9 до 26°С.
В работе [77] также отмечается, что цементный камень в поздние сроки должен иметь достаточно высокую прочность, чтобы выдерживать дополнительные нагрузки, возникающие при оттаивании и замерзании. Однако гипсопортландцементные смеси, содержащие соль для понижения точки замерзания, и портландцементы, содержащие соль для ускорения процесса гидратации, могут разрушаться вследствие ионной диффузии. В целом послегидратационная неустойчивость и понижение прочности арктических цементов представляют собой проблему, пути решения которой до конца не ясны.
Результаты исследования тепловыделения цемента на гипсовой основе описаны в работе [18]. Приводятся как лабораторные, так и промысловые результаты. Отмечается близкий характер зависимостей, определенных этими методами в процессе ОЗЦ в течение 54 ч. Другими словами, фактические данные по изменению температуры на внешней стенке направления в процессе ОЗЦ на скважине Возейского нефтяного месторождения и расчетные температуры хорошо соответствуют друг другу. Исходя из этого, решена обратная задача: построены зависимости тепловыделения цемента на гипсовой основе в процессе гидратации. Сравнение рассчитанных значений с данными экспериментального исследования в лаборатории показало, что в течение первых 12 ч ОЗЦ расхождение экспериментальных данных с расчетными достигает 50% и более, а для позднего времени расхождение составляет только 11 —13%. Максимум температуры наступает примерно через 3 ч после цементирования и составляет около 10°С. Это свидетельствует о схватывании цемента на гипсовой основе. В дальнейшем тепловыделение уменьшается, что выражается в постепенном снижении температуры цементного раствора за обсадной колонной.
Проведение промысловых исследований с регистрацией температур в процессе ОЗЦ дает представление о поведении цемента и окружающих пород в естественных условиях, позволяет оценить с точностью около 20% их теплофизические свойства и рекомендовать мероприятия по обеспечению необходимых тепловых условий в скважине.
В работе [10] приведены некоторые результаты исследования цементов на основе гипса при низких положительных температурах. Отмечается, что на площадях Среднего Приобья до глубин 400 м характерны геоста — тические температуры 6—8°С, поэтому при цементировании кондукторов портландцементные тампонажные растворы схватываются медленно и нормативное время ОЗЦ сравнительно велико. При использовании лежалых цементов сократить его не удается даже введением более 2% хлорида кальция. Необходимо отметить, что продолжительность ОЗЦ после цементирования кондукторов часто принимают ниже нормативной. Однако это приводило к просадкам кондукторов вследствие недостаточной удерживающей способности камня. В работе [10] предлагается иной путь сокращения ОЗЦ — применение тампонажного быстротвердею — щего расширяющегося цемента (ЦТБР, выпускается по ТУ 21-32-61—74). Он представляет собой смесь совместного помола высокоалюминатного (50%) цемента, гранулированного шлака (25%) и природного двуводного гипса (25%).
Для регламентирования времени ОЗЦ при цементировании кондукторов ЦТБР была исследована ранняя прочность цементного камня при температуре 6°С. Отмечается [10], что за период ОЗЦ тампонажный камень должен набрать прочность, необходимую для удержания кондуктора на весу: 0,056 МПа на разрыв или 0,224 МПа на сжатие. Исследования показали, что камень из ЦТБР набирает такую прочность через 7—8 ч, а портландцементный камень через 16—20 ч.
Иногда при цементировании мерзлых пород наблюдается поглощение цементного раствора, что предопределяет использование составов с пониженной плотностью. В работе [66] приведены результаты исследования свойств облегченного тампонажного материала. В Качестве облегчающей добавки использовали вспученный вермикулит. Из табл. 6.4 следует, что цементный раствор схватывается и твердеет при пониженных температурах. Указано, что частицы вермикулита оказывают закупоривающее действие на проницаемые пласты, способствуя увеличению высоты подъема раствора в затрубном пространстве скважины. Приготовление вермикули — тового раствора осуществляется двумя способами. Первый сводится к перемешиванию цемента и вермикулита в сухом виде с последующим затворением смеси раствором хлорида кальция. Второй способ заключает-
|
Сроки схватывания цементного раствора плотностью 1520 кг/м3 и прочность цементного камня
|
ся в затворения цемента на предварительно приготовленной пульпе вермикулита в растворе хлорида кальция. Поскольку в процессе перемешивания вермикулит распускается до образования седиментационно устойчивой пульпы, то затворение цемента на пульпе позволяет получить устойчивый к седиментации раствор с более высокими прочностью и расширением цементного камня.
По мнению авторов работы [66] введение в цементный раствор вермикулита может сыграть еще одну положительную роль. Частицы вспученного вермикулита являются эффективными компенсаторами давления, так как, например, при снижении гидростатического давления многослойные частицы вермикулита с «защемленным» воздухом расширяются, поддерживая постоянное забойное давление. Это может предотвращать проявления или межпластовые перетоки.
В северных районах для цементирования колонн на участках мерзлых пород наиболее широко используют тампонажные растворы с ускорителем твердения — хлористым кальцием. Известно, что «водяные пояса», образующиеся в седиментационно неустойчивых тампонажных растворах на участках мерзлых пород могут стать причиной смятия колонн. С этой целью в работе [5] было исследовано изменение ионного состава жидкости отстоя такого тампонажного раствора при длительном контакте с цементным камнем и металлом труб. В опытах использовался тампонажный раствор, приготовленный из цемента Коркинского комбината. В качестве жидкости затворения использовали 6%-ный водный раствор хлорида кальция. Водоцементное отношение было принято равным 1, чтобы получить достаточное количество отстоя. Результаты исследований показали, что в водной фазе отмечается постепенное падение концентрации ионов за счет химического связывания. Плотность отстоя снижается, а температура замерзания приближается к 0°С. Визуальный осмотр металлических частей установки показал, что на контакте жидкость отстоя — металл наблюдаются незначительные следы коррозии, а на контакте металл — цементный камень коррозия отсутствовала. В то же время части металла, смоченные водным раствором хлорида кальция в воздушных условиях корродировали весьма интенсивно.
Результаты работы [5] показали, что высокая концентрация хлорида кальция не может предотвратить замерзание жидкости отстоя, так как со временем ее минерализация уменьшается, а температура замерзания приближается к нулю. В то же время цементный камень с добавками хлористого кальция не вызывает интенсивной коррозии труб в скважине в отличие от железобетонов, эксплуатируемых в воздушно-влажных условиях.
Цементирование скважин в северных районах связано с целым рядом трудностей. Одной из основных является недостаток цементировочной техники, невозможность ее транспортировки в условиях бездорожья, а также неприспособленность для работы в экстремальных условиях. В работах [14, 75] рассматривается технология, согласно которой весь или большая часть цементного раствора готовится в специальной накопительной емкости и после этого насосом буровой установки или цементировочными агрегатами закачивается в скважину. Цементный раствор определенное время находится в накопительной емкости, условия хранения в которой должны обеспечить его осреднение и подвижность, достаточную для закачивания в скважину.
В работе [5] исследованы закономерности изменения подвижности цементного раствора, что позволяет определить рациональный режим перемешивания и некоторые конструктивные особенности осреднительной емкости. В частности, большое значение имеет угол ее наклона, оптимальное значение которого зависит от подвижности цементного раствора. Увеличение угла против оптимального приведет к сокращению полезного объема емкости, а уменьшение вызовет образование остатка, что увеличит расход цемента.
Изучение подвижности растворов проводилось при помощи конуса АзНИИ и созданного для этих целей прибора. Методика работы заключалась в следующем. Готовится цементный раствор, определяется его плотность и растекаемость. Затем одновременно заполняются емкость прибора и конус и выдерживаются в покое определенное время. Затем определяется растекаемость цементного раствора. В исследованиях использовался цемент Здолбуновского завода. Оказалось, что растекаемость зависит от длительности нахождения раствора в покое. При этом через 15—20 мин растекаемость снижается до 12—14 см, а через 1 ч подвижность практически полностью теряется.
Результаты выполненных исследований показали, что при использовании накопительных емкостей следует знать допустимое время покоя цементного раствора. Это время следует определять в процессе подбора рецептуры и можно принять допустимую растекаемость, равную 14 см.
В работе [14] также исследовались влияние перемешивания и особенности цементирования с применением накопительной емкости. Результаты исследований показали возможность проведения процесса цементирования по схеме: приготовление, накапливание, осреднение и закачивание в скважину. При такой схеме должно повыситься качество цементирования за счет осреднения и ускоренного схватывания раствора в скважине.
Если фактическая продолжительность нахождения в емкости по непредвиденным причинам будет превышать расчетную, то следует ввести в цементный раствор дополнительное количество замедлителя схватывания. При разработке рецептуры следует учитывать такую возможность. Наиболее оптимальная продолжительность периода нахождения цементного раствора в накопительной емкости составляет 4 ч.
Одним из наиболее важных аспектов проблемы цементирования скважин в интервале залегания многолетнемерзлых пород является предупреждение смятия обсадных колонн при замерзании воды в затрубном или в межтрубном пространстве. Осложнения такого рода могут возникать в случае остановок скважин на длительные периоды времени или при их консервации [17]. Процесс замерзания воды в затрубном пространстве протекает вследствие восстановления естественного температурного поля, а также под влиянием атмосферной температуры в холодное время года. В связи с тем что при замерзании воды ее объем увеличивается, появляется вероятность смятия или разрыва колонн в интервале многолетнемерзлых пород. В работе [17] описаны результаты промысловых измерений возникающих при замерзании воды избыточных давлений. При этом показано, что увеличение давлений может достигать нескольких сотен атмосфер. В связи с этим имеется практическая потребность в такой технологии цементирования скважин в мерзлой зоне, которая дает возможность предупредить повреждения обсадных колонн.
Первая рекомендация была рассмотрена выше и заключается в совершенствовании технологии вскрытия мерзлых пород, исключающей чрезмерное кавернообразование. В случае успешного решения данного вопроса вероятность повреждения колонн резко снижается по двум основным причинам. Во-первых, появляется возможность обеспечить более качественное цементирование, т. е. вытеснить из затрубного пространства водосодержащие смеси. Во-вторых, отсутствие интенсивного кавернообразования резко ограничивает объем жидкости в затрубном пространстве, поэтому даже в случае ее замерзания снижается вероятность смятия обсадной колонны.
Одним из мероприятий, направленных на предупреждение смятия колонн, является увеличение толщины стенок и применение сталей более высокой группы прочности. Но такой подход, как правило, неэкономичен, а иногда и технически неосуществим.
Другой подход, известный из зарубежных и отечественных патентов, заключается в снижении температуры замерзания жидкости в затрубном пространстве. Для этой цели обычно рекомендуется использовать соли типа хлористого натрия или кальция. Однако практически концентрация соли постепенно снижается, поэтому процесс замерзания воды не исключается, а только переносится на более поздние сроки.
Известны также предложения по обогреву колонны электрическим током и циркулирующей жидкостью, имеющей положительную температуру. Были предложены и некоторые другие способы. Однако их практическая реализация весьма затруднительна, а в ряде случаев и неоправданна.
Более реальным способом предупреждения повреждений колонн является их качественное цементирование. Практика показала, что данная технология должна предусматривать применение седиментационно устойчивых цементных растворов, т. е. исключать образование замкнутых объемов воды в интервале цементирования. Актуальность такого подхода объясняется многочисленными примерами повреждений колонн, обусловленных седиментационной неустойчивостью тампонажных растворов. Сказанное выше, например, относится к Мессояхскому и Соленинскому месторождениям, а также к месторождению Прадхо-Бей в США.
Таким образом, возникает необходимость разработки и применения седиментационно устойчивых тампонажных растворов. Примерами рецептур подобного рода являются составы, приведенные в табл. 6.4. Их седиментационная устойчивость обеспечивается введением вермикулита. Дело в том, что добавки такого типа имеют малую водопотребность, а вследствие небольшого удельного веса и специфической дисперсности способны к образованию устойчивой структуры. Аналогичными полезными свойствами обладают перлит, торф и другие наполнители с повышенной воздухововлекающей способностью. В качестве другого примера можно привести рецептуру, предложенную А. А. Клюсовым (массовые доли): цемент 0,92, 10%-ный водный раствор хлористого кальция 1, перлит 0,08. Смесь этого состава не подвергается расслоению, т. е. седиментационно устойчива. Принципиально рецептуры такого типа аналогичны тем, которые приведены в табл. 6.4.
[1] Заказ.1935