Alsatelecom.ru

Стройматериалы
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Реагенты – ускорители сроков схватывания

Реагенты – ускорители сроков схватывания

Лекция 8. Химреагенты для регулирования свойств тампонажных растворов и камня

К параметрам тампонажных систем, количественное изменение которых часто вызывается необходимостью технологии крепления или условиями скважины, относятся: время загустевания или сроки схватывания, реологические свойства, седиментационная устойчивость – для тампонажных растворов; механическая прочность, проницаемость, коррозионная устойчивость – для тампонажного камня.

При количественном изменении одного параметра тампонажного раствора изменяются и другие параметры и в ряде случаев в нежелательном направлении. Как правило, реагенты и материалы, вводимые в тампонажные системы, оказывают комплексное воздействие и изменяют несколько параметров. Некоторые реагенты при одних условиях изменяют свойства тампонажных систем в одном направлении, а при других условиях влияние тех же реагентов может быть противоположным. Кроме того, один и тот же реагент при различных дозировках может вызывать прямо противоположное воздействие.

Все применяемые при тампонировании скважин химические реагенты по эффекту действия подразделяются на ускорители схватывания, замедлители схватывания, пластификаторы (разжижители), понизители водоотдачи, пеногасители.

При креплении верхней части скважин кондукторами и промежуточными колоннами большое значение придается сокращению времени ожидания затвердевания цемента (ОЗЦ). Для этой цели применяются добавки различных ускорителей, из которых в отечественной практике наибольшее распространение получили хлориды натрия и кальция, каустик (NaOH), кальцинированная сода, жидкое стекло и другие.

Наибольший интерес для использования при цементировании обсадных колонн представляют хлориды натрия и кальция, которые наряду с ускорением схватывания и твердения несколько повышают первоначальную подвижность растворов. Из этих двух реагентов более эффективным является хлористый кальций.

В последнее время наряду с неорганическими солями находят применение в качестве ускорителей схватывания и органические соединения.

Исследованиями установлено, что влияние ускорителей схватывания на качество цементного камня проявляется и после длительного хранения образцов. Причем большое значение имеет концентрация реагента – ускорителя. Так при добавке NaCl более 5% этот реагент уже замедляет скорость схватывания. В случае хлористого кальция такого эффекта не наблюдается. Хлористый кальций является наиболее сильным ускорителем схватывания и твердения.

Ускорители сроков схватывания цементных растворов, вызываемое электролитами, в основном обусловлено четырьмя факторами:

1) коагулирующим воздействием вводимых ионов;

2) интенсификацией растворимости минералов клинкера;

3) образованием новых центров кристаллизации;

4) снижением pH цементного раствора, в результате чего повышается растворимость реагирующих силикатов и алюминатов и происходит быстрое осаждение частиц.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Регулирование свойств цементного раствора и камня

Свойства цементного раствора и камня можно изменить введением в раствор наполнителей, активных добавок или об­работкой химическими реагентами. К параметрам тампонаж­ных систем, количественное изменение которых часто вызы­вается необходимостью технологии или особенностями условий скважины, относятся: для тампонажных растворов — время загустевания или сроки схватывания, плотность, водоотдача, реологические свойства, седиментационная устойчивость; для тампонажного камня — механическая прочность, проницае­мость, коррозионная устойчивость и др.

Для увеличения сроков схватывания цементных растворов применяют реагенты — замедлители, а для сокращения -ускорители. Ускорители рекомендуется применять при темпе­ратуре среды от —2 до 40 °С, а замедлители сроков схватыва­ния— выше 60 °С для шлаковых цементов.

Читайте так же:
Что такое растарка цемента

Применение понизителей водоотдачи цементных растворов рекомендуется практически при всех видах РИР.

В качестве реагентов-замедлителей применяют: сульфит-спиртовую барду (ССБ), карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ) различных марок, лесохимические полифенолы (ПФЛХ), син-тан марки ПЛ, винно-каменную кислоту (ВКК), технический винный камень (ТВК), смесь винно-каменной и борной кисло­ты (ВК и БК), трилон Б, се.гнетовую соль, лимонную кислоту и др.

В качестве реагентов-ускорителей наибольшее применение получили хлориды натрия и кальция, каустик, хлористый алю­миний, кальцинированная сода, жидкое стекло и др.

Хлориды кальция и натрия наряду с ускорением сроков схватывания и твердения несколько повышают первоначаль­ную подвижность цементных растворов.

С помощью различных химических реагентов можно регу­лировать плотность тампонажных растворов и прочность це­ментного камня.

Снижение плотности растворов достигается введе­нием в них реагентов и материалов с высоким газо(возду-хо)/содержанием: легких органических и неорганических мате­риалов или реагентов, а также материалов, которые способны удерживать значительные, количества воды. Наиболее эффек­тивны для этих целей реагенты-структурообразователи (на­пример, КМЦ, гипан), материалы типа пластмасс с плот­ностью, близкой к 1000 кг/м 3 , бентонитовые глинопорошки, хо­рошо удерживающие воду.

Повышение плотности тампонажного раствора до­стигается введением утяжеляющих добавок (барит, магнетит, гематит и др.) и кварцевого песка; снижением водоцементного отношения с одновременной обработкой растворов реагентами-пластификаторами.

Механическую прочность и проницаемость тампонажного камня регулируют путем введения в раствор различных мате­риалов и химических реагентов.

При всех температурных условиях механическая прочность портландских и шлаковых цементов увеличивается, а прони­цаемость уменьшается при снижении водоцементного отноше­ния; такое же действие в условиях высоких температур и дав­лений оказывает введение кварцевого песка в тампонажный раствор.

Добавление глины в небольших количествах (до 5—8%) способствует повышению механической прочности портландцементного и шлакоцементного камня в условиях высоких тем­ператур и давлений.

Количество химических реагентов определяют лаборатор­ным путем в зависимости от характера скважины, способа цементирования и сорта тампонажного цемента.

Нефть, Газ и Энергетика

Блог о добычи нефти и газа, разработка и переработка и подготовка нефти и газа, тексты, статьи и литература, все посвящено углеводородам

Тампонажные материалы и оборудование для цементирования скважин

Тампонажные материалы. Это такие материалы, которые при затворении водой образуют суспензии, способные затем превратиться в твердый непроницаемый камень.

В зависимости от вида вяжущего материала Тампонажные материалы делятся на: 1) тампонажный цемент на основе портландцемента; 2) тампонажный цемент на основе доменных шлаков; 3) тампонажный цемент на основе известково-песчаных смесей; 4) прочие тампонажные цементы (белиловые и др.).

При цементировании скважин применяют только два первых вида — тампонажные цементы на основе портландцемента и доменных шлаков.

К цементным растворам предъявляют следующие основные требования:

  • подвижность раствора должна быть такой, чтобы его можно было закачивать в скважину насосами, и она должна сохраняться от момента приготовления раствора (затворения) до окончания процесса продавливания;

структурообразование раствора, т. е. загустевание и схватывание после продавливания его за обсадную колонну, должно проходить быстро;

цементный раствор на стадиях загустевания и схватывания и сформировавшийся камень должны быть непроницаемы для воды, нефти и газа;

Читайте так же:
Южная транспортная компания цемент

цементный камень, образующийся из цементного раствора, должен быть коррозионно- и температуроустойчивым, а его контакты с колонной и стенками скважины не должны нарушаться под действием нагрузок и перепадов давления, возникающих в обсадной колонне при различных технологических операциях.

В зависимости от добавок тампонажные цементы и их растворы подразделяют на песчаные, волокнистые, гельцементные, пуццолановые, сульфатостойкие, расширяющиеся, облегченные с низким показателем фильтрации, водоэмульсионные, нефте-цементные и др.

В настоящее время номенклатура тампонажных цементов на основе портландцемента и шлака содержит:

1) тампонажные портландцементы для «холодных» и «горячих» скважин («холодный» цемент — для скважин с температурой до 500С, «горячий» — для температур до 1000С, плотность раствора 1,88 г/см3);

2) облегченные цементы для получения растворов плотностью 1,4 — 1,6 г/см3 на базе тампонажных портландцементов, а также на основе шлакопесчаной смеси (до температур 90 — 1400С), в качестве облегчающих добавок используют глино-порошки или молотые пемзу, трепел, опоку и др.;

3) утяжеленные цементы для получения растворов плотностью не менее 2,15 г/см3 на базе тампонажных портландцементов для температур, соответствующих «холодным» и «горячим» цементам, а также шлакопесчаной смеси для температур 90 — 1400С (в качестве утяжеляющих добавок используют магнетит, барит и др.);

4) термостойкие шлакопесчаные цементы для скважин с температурой 90 — 140 и 140 — 1800С;

5) низкогигроскопические тампонажные цементы, предназначенные для длительного хранения.

Регулируют свойства цементных растворов изменением водоцементного отношения (В:Ц), а также добавлением различных химических реагентов, ускоряющих или замедляющих сроки схватывания и твердения, снижающих вязкость и показатель фильтрации.

В практике бурения в большинстве случаев применяют цементный раствор с В:Ц = 0,4 — 0,5. Нижний предел В:Ц ограничивается текучестью цементного раствора, верхний предел — снижением прочности цементного камня и удлинением срока схватывания.

К ускорителям относятся хлористые кальций, калий и натрий; жидкое стекло (силикаты натрия и калия); кальцинированная сода; хлористый алюминий. Эти реагенты обеспечивают схватывание цементного раствора при отрицательных температурах и ускоряют схватывание при низких температурах (до 40 °С).

Замедляют схватывание цементного раствора также химические реагенты, такие как гидролизованный полиакрилонитрил, карбоксиметилцеллюлоза, полиакриламид, сульфит-спиртовая барда, конденсированная сульфит-спиртовая барда, нитролигнин. Перечисленные реагенты оказывают комбинированное действие. Все они понижают фильтрацию и одновременно могут увеличивать или уменьшать подвижность цементного раствора.

Для приготовления цементного раствора химические реагенты растворяют предварительно в жидкости затворения (вода). Утяжеляющие, облегчающие и повышающие температуростойкость добавки смешивают с вяжущим веществом в процессе производства (специальные цементы) или перед применением в условиях бурового предприятия (сухие цементные смеси).

Какие факторы и как их учитывают при выборе тампонажного материала для цементирования конкретного интервала скважины?

Ответ на вопрос: «Какие факторы и как их учитывают при выборе тампонажного материала для цементирования конкретного интервала скважины?»

Полноценный цементный камень защищает обсадную колонну от продольной и поперечной деформации, коррозии, изолирует проницаемые пласты и укрепляет стенки ствола скважины. Вероятность качественного цементирования снижается при увеличении интервала цементирования, при возникновении притоков пластового газа и флюидов из проницаемых интервалов и в значительной степени зависит от соответствия свойств тампонажного материала реальной горно-геологической обстановке и от реализованной гидравлической программы цементирования.

Читайте так же:
Цементной стяжкой можно заливать полы

Цементирование устойчивых непроницаемых интервалов большой протяженности чаще всего не оправдано, т.к. повышает вероятность некачественного цементирования, особенно при низком градиенте гидроразрыва пород ствола скважины.

Основное назначение цементного камня – предотвратить возможность перетока жидкости (газа) из одного пласта в другой или в атмосферу.

    Требования к цементному раствору:

  • раствор должен быть легко прокачиваемым, маловязким;
  • иметь минимальную водоотдачу;
  • седиментационно стабильным;
  • по окончании прокачки в затрубном пространстве цементный раствор должен быстро превратиться в непроницаемое тело в конкретных условиях скважины.
    • Цементный камень должен быть:

    • малопроницаемым (в идеальном случае – непроницаемым);
    • трещиностойким, эластичным;
    • безусадочным, желательно некоторое увеличение объёма при твердении;
    • термостойким и коррозионностойким;
    • долговечным.

    Требования к тампонажным материалам для цементирования нефтяных и газовых скважин в основном определяются геолого-техническими условиями в скважинах.

    Проблема выбора материалов сложна. Тампонажный раствор должен оставаться подвижным во время транспортирования в заколонное пространство и сразу же после прекращения процесса затвердеть в безусадочный камень с определенными физико-механическими свойствами. Указанные процессы происходят в стволе скважины сложной конфигурации, где температуры и давления изменяются с глубиной, имеются поглощающие и высоконапорные пласты, а также пласты с наличием минерализованных вод, нефти и газа.

    При таких изменяющихся условиях один тип цемента или одна и та же рецептура тампонажного раствора не могут быть одинаково приемлемы. Один тип цемента не может отвечать всем требованиям, связанным с разнообразием условий далее в одной скважине.

    Геометрия заколонного пространства

    Влияние этого фактора проявляется в двух направлениях. Чем «неправильнее» форма, т.е. чем больше она отличается от цилиндрической, тем труднее вытеснить буровой раствор из заколонного пространства. Чем больше выступов и сужений и чем они резче, тем больше при использовании без специальной химической обработки портландцементного или шлакового растворов образуется водных карманов вдоль ствола скважины.

    При твердении тампонажного раствора в наклонных скважинах облегчается образование каналов непосредственно в тампонажном растворе за счет прохождения седиментационных процессов.

    Подвижность тампонажного раствора

    Наиболее важное свойство тампонажного раствора — его подвижность, т.е. способность легко прокачиваться по трубам в течение необходимого для проведения процесса цементирования времени.

    Это свойство тампонажных материалов определяется природой вяжущего, тонкостью помола, водоцементным отношением, количеством, степенью загрязненности и удельной поверхностью наполнителя, добавок, а также условиями, в которых раствор пребывает в течение процесса цементирования, временем и способом перемешивания раствора.

    Требуемая подвижность раствора обусловлена техникой и технологией проведения тампонажных работ и может быть изменена в желаемую сторону. Метод определения подвижности позволяет быстро подбирать количество воды при соответствующем составе смеси.

    Дисперсанты

    Назначение: снижение вязкости раствора.
    Механизм действия: регулирование поверхностного заряда между частицами твердой фазы в растворе.
    Дисперсанты предотвращают коагуляцию (слипание) цементных частиц.

    Плотность тампонажного раствора

    Одна из важнейших его характеристик. В процессе цементирования скважины плотность — практически пока единственный критерий для оценки качества тампонажного раствора. Плотность должна обеспечивать недопущение проявления пластового флюида и гидроразрыва пласта.

    Читайте так же:
    Мастика для цементной стяжки

    Колебания плотности тампонажного раствора при цементировании указывает на изменения его водоцементного отношения. Такие колебания считаются нарушением технологического режима процесса и могут привести к осложнениям, в частности, к повышению давления при цементировании.

    Особенно трудно на практике придерживаться заданной рецептуры при затворении цементных смесей, дающих облегченные тампонажные растворы. Уменьшение плотности — это увеличение водоцементного отношения, что приводит к ухудшению свойств камня.

    Наполнители

    Сроки схватывания тампонажных растворов. Пригодность тампонажного раствора для транспортирования в заколонное пространство скважины оценивается сроками схватывания. Для определения этих сроков при температурах 22 и 75°С применяют прибор, называемый иглой Вика.

    Началом схватывания считается время от момента затворения цемента водой до момента, когда игла, погружаясь в раствор, не доходит до нижней пластины на 0,5—1,0 мм, а концом схватывания — время от момента затворения цемента водой до момента, когда игла, погружаясь в раствор, проникает в него не более, чем на 1 мм.

    Для определения сроков схватывания тампонажных растворов при высоких температурах и давлениях применяют специальный прибор — автоклав, рассчитанный на рабочее давление до 100 МПа и высокую температуру.

    Расчет сроков загустевания и схватывания. Расчетная продолжительность процесса цементирования обсадной колонны не должна превышать 75 % времени начала загустевания тампонажного раствора.

    Ускорители

    Назначение: сокращают сроки загустевания, создают высокую раннюю прочность камня
    на сжатие.

    Механизм действия: увеличивает проницаемость C-S-H-гель слоя, формирование C-S-H-гель слоя на атомном уровне с реакцией с ионами Са2+.
    Хлорид кальция СаСl2, хлорид натрия NaCl2, метасиликат натрия (безводный) Na2SiO, натриевая соль муравьиной кислоты, щавелевая кислота, триэтаноламин (ТЭА).

    Замедлители

    Назначение: увеличивают сроки загустевания.
    Механизм действия:
    Адсорбционная теория. Замедление происходит из-за адсорбции реагента на поверхность гидратационного продукта, таким образом, замедляется реакция с водой.

    Теория выпадения осадка. Замедлитель реагирует с кальцием или/и гидроксильным ионом в водной фазе, формируя нерастворимый и непроницаемый слой вокруг частиц цемента.

    Теория зародышеобразования. Замедлитель оседает на зародыш гидратационного продукта, предотвращая их дальнейший рост.

    Теория комплексообразования. Ион кальция является хелатным по отношению к замедлителю, предотвращая образование зародышей.

    Лигносульфонаты, гидроксикарбоксильная кислота (лимонная кислота), производные целлюлозы, органофосфонаты, некоторые неорганические соединения.

    Консистенция тампонажного раствора. Для цементирования глубоких высокотемпературных скважин кроме сроков схватывания в статических условиях необходимо устанавливать изменение загустевания (консистенции) тампонажных растворов во времени в процессе их перемешивания.

    Для указанной цели применяют консистометры КЦ-3 и КЦ-4, рассчитанные для испытания тампонажных растворов соответственно при температуре 200 и 250—300°С и рабочем давлении до 100 и 150 МПа.

    Принцип действия прибора состоит в измерении крутящего момента на лопатке, который возникает при вращении с заданной частотой стакана с испытуемым цементным раствором.

    Вспенивание. При закачивании цементного раствора в скважину необходимо обеспечить точность подсчета объема прокачиваемого раствора, а также бесперебойность работы насосов.

    Серьезные последствия вызывает вспенивание раствора при его обработке различными химическими реагентами. При их больших дозировках во время приготовления цементного раствора часто образуется много пены, которая в значительной степени затрудняет работы, а главное — дает неверное представление об объеме закачанного раствора в скважину и его плотности.

    Читайте так же:
    Как изготовить бетон с маркой цемента м400

    Пеногасители — силиконы, полигликолевый эфир, трибутилфосфат. Снижают поверхностное натяжение на границе раздела газ-раствор.

    Водоотдача цементного раствора. Одно из наиболееважных свойств цементного раствора его седиментационная устойчивость, характеризуемая водоотстоем. Результатом нестабильности раствора являются его расслоение, образование зон воды и цементного теста, несплошности цементного камня в заколонном пространстве скважины.

    Радикальное мероприятие повышения стабильности тампонажных растворов — уменьшение их водоотдачи.

      При установлении предельно допустимой водоотдачи тампонажного раствора исходят из двух основных положений:

  • сохранение прокачиваемости раствора в течение всего процесса цементирования;
  • влияние проникновения фильтрата раствора в продуктивный пласт на изменение его
    коллекторских свойств.
  • При водоотделении тампонажный раствор загустевает и при определенном количестве отфильтровавшейся воды может потерять прокачиваемость, что, как правило, приводит к осложнениям. Проникновение фильтрата тампонажного раствора в продуктивный пласт ухудшает его проницаемость, что способствует удлинению периода освоения скважины.

    Понизители водоотдачи

    Назначение: снижают водоотдачу раствора, снижают проницаемость цементного камня.

    Механизм действия: увеличение вязкости водной фазы раствора, снижение проницаемости цементной корки за счет создания полимерной пленки или кольматации порового пространства.

    Водорастворимые полимеры: полимеры целлюлозы, полиамины, сульфонатные ароматические полимеры, поливинилпирролидон, AMPS сополимеры и тройные сополимеры.

    Порошкообразные мелкодисперсные материалы: бентонит, латекс, асфальтены, термопластические смолы.

    Механическая прочность цементного камня. Механическая прочность цементного (тампонажного) камня является пока основной оценочной характеристикой тампонажных цементов. Механические свойства цементного камня характеризуются пределами прочности на изгиб образцов-балочек стандартного размера (в РФ) и на сжатие цилиндрических образцов (в США).

    В зацементированном заколонном пространстве скважины могут возникать растягивающие, сжимающие и изгибающие напряжения. Однако можно заключить, что выбор испытания образцов в лаборатории пока не может определяться видами деформации в цементном кольце заколонного пространства скважины.

    Опыт показывает, что для установления качества тампонажного цемента могут быть приняты все виды испытаний, но предпочтение следует отдавать изгибу и сжатию.

    Упрочняющие добавки – нейлоновое волокно, измельчённая резина, латекс. Повышают сопротивление цементного камня действию внешних нагрузок во время различных технологических операций.

    Седиментационная устойчивость

    Противоосадочные добавки. Бентонит – вбирает в себя большое количество воды, гомогенизируя раствор. Некоторые водорастворимые полимеры (ГЭЦ и т.п.) снижают осаждение, но резко увеличивают вязкость раствора.

    Морская вода и cиликаты (безводный метасиликат натрия) растворяются в воде, тем самым забирая часть воды, делая ее немного густой (в зависимости от концентрации).
    Соли металлов (хлориды магния и никеля)

    Реагенты для борьбы с поглощениями

    Назначение: предотвращать поглощение раствора в пласт.

    Механизм действия: создание тиксотропности цементного раствора, снижение динамических потерь давления создание каркасной структуры, предотвращающей уход раствора в пласт.
    Гильсонит, гранулярный уголь, целлофановые хлопья, ореховая скорлупа, гипс, растворимые соли сульфатов, бентонит, сшитые полимеры целлюлозы.

    Нейтрализаторы бурового раствора

    Параформальдегиды, смеси параформальдегида с хроматом натрия. Для снижения влияния на свойства цементного раствора отдельных реагентов, применяемых в буровом растворе.

    голоса
    Рейтинг статьи
    Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector