для предупреждения их обрушения при сохранении диаметра скважины заливают тампонажный раствор. Проникая в трещи­ ны пласта и затвердевая в них, раствор должен образовывать вокруг скважины прочную монолитную массу, устойчивую к ударным нагрузкам.

Ь. Ликвидировать поглощения промывочной жидкости и водопроявления. Один из методов борьбы с поглощениями и водопроявлениями — заполнение проницаемых каналов тампонаж­ ной смесью. Такая смесь должна надежно -изолировать прони­ цаемую зону вокруг скважины и быть устойчивой к действию перепадов давления на пласт при выполнении всех технологиче­ ских операций.

6. Создавать мосты в скважине для выполнения специальных работ. При многозабойном и направленном бурении, при неко­ торых видах исследований в скважинах сооружаются так назы­ ваемые мосты-перемычки, служащие опорой для различного ро­ да устройств и изолирующие заданные интервалы скважин. Тампонажные смеси, используемые для сооружения таких мо­ стов, должны в затвердевшем состоянии обеспечивать их доста­ точную прочность, а при выполнении задачи — быстрое разру­ шение.

7. Ликвидировать скважины. После завершения бурения раз­ ведочные скважины следует ликвидировать. Это делается с целью предупреждения загрязнения водоносных горизонтов, перетоков подземных вод по стволу скважины, поступления че­ рез скважины в горные выработки воды из вышележащих про­ ницаемых пластов. Скважину заполняют тампонажной смесью, которая при твердении (упрочнении) должна создавать в стволе тампон, сохраняющий изолирующие свойства неопределенно долгое время.

Функции тампонажных смесей определяются назначением тампонирования и геолого-техническими условиями разведки.

как второстепенные. Так, при тампонировании обсадных колонн главная функция — изолирующая, но в то же время тампонаж­ ные смеси должны защищать трубы от преждевременной корро­ зии и повышать их устойчивость к нагрузкам.

§ 2. КЛАССИФИКАЦИЯ ТАМПОНАЖНЫХ СМЕСЕЙ.

ТРЕБОВАНИЯ К ТАМПОНАЖНЫМ СМЕСЯМ

По консистенции тампонажные составы условно делят на растворы и смеси (пасты, мастики), последние не могут пере­ качиваться насосами.

В настоящее время разработаны и применяются самые раз­ нообразные составы тампонажных смесей. Их классификация приведена на рис. 63.

Рис, 63. Классификация тампонажных смесей

Наибольшая группа тампонажных растворов представлена растворами на основе неорганических веществ главным образом цементными. В меньшей мере применяются тампонажные рас­ творы на основе органических веществ, большинство из кото­ рых представлены синтетическими смолами. В последние годы широко распространены комбинированные тампонажные раство­ ры на основе неорганических веществ с добавками полимеров. В качестве жидкой основы растворов применяется в основном вода. Растворы на углеводородных жидкостях применяются ред­ ко, в специфических условиях.

Все тампонажные растворы делятся на твердеющие (схва­ тывающиеся) и нетвердеющие (упрочняющиеся). Твердеющие растворы (их большинство) в результате сложных физико-хи­ мических процессов превращаются в тампонажный камень. Уп­ рочняющиеся растворы не изменяют своего фазового состояния,

или вяжущих свойств (химические реагенты), изменение плот­ ности (утяжеляющие и облегчающие добавки), придание заку­ поривающих свойств (наполнители), уменьшение расхода основ­ ных активных компонентов (минеральные добавки типа кварце­ вого песка, супеси и др.). Добавки могут дополнительно клас­ сифицироваться в зависимости от их вида и специфических свойств, обусловленных ими.

Наполнители могут влиять и на структурно-механические свойства растворов. По этому признаку влияния наполнителей

бйстросхватывающиеся с началом схватывания до 40 мин, ускореншьсхватывающиеся с началом схватывания 40 мин — 1 ч 20 мин, нормально схватывающиеся с началом схватывания 1 ч 20 мин — 2 ч, медленно схватывающиеся с началом схваты­ вания более 2 ч.

В з а в и с и м о с т и о т р о д а н а п о л н и т е л е й растворы делятся на песчаные, перлитовые, волокнистые и др.

Тампонажные растворы могут аэрироваться (аэрированные растворы) или искусственно насыщаться газообразными продук­ тами взрыва (обработанные взрывом).

Тампонажные растворы на основе минеральных вяжущих ве­ ществ и комбинированные подчиняются закону течения Шведо­ в а — Бингама, растворы на основе органических веществ — за ­ кону Ньютона.

К тампонажным растворам предъявляются требования тех­ нического, технологического и экономического характера, тесно связанные между собой.

Т р е б о в а н и я т е х н и ч е с к о г о х а р а к т е р а определя­ ют технические возможности тампонажных растворов примени­ тельно к тем или иным условиям. Тампонажные растворы должны:

обладать хорошей текучестью и сохранять это свойство в те­ чение времени, необходимого для закачки; сразу после завер­ шения закачки раствор должен загустевать и набирать проч­ ность;

проникать в любые поры и микротрещины, но в то же время не растекаться в трещинах под действием собственного веса;

быть устойчивыми и не седиментировать; обладать хорошей сцепляемостью -с обсадными трубами и

горными породами; иметь небольшое сопротивление при движении в бурильных

трубах и затрубном пространстве и большое — при движении в проницаемых горных породах;

быть восприимчивыми к обработке с целью регулирования свойств в нужную сторону;

не взаимодействовать с тампонируемыми породами и пласто­ выми водами с ухудшением свойств;

быть устойчивыми к размывающему действию подземных вод;

сохранять стабильность при повышенных температуре и дав­

ределяют возможности удобного, производительного и безопас­ ного использования тампонажных растворов. Тампонажные рас­ творы должны:

легко прокачиваться буровыми насосами; иметь небольшую чувствительность к перемешиванию;

быть инертными как в исходном виде, так и в конечном про­ дукте твердения (упрочнения) по отношению к промывочным жидкостям;

допускать комбинирование с другими растворами; легко смываться с технологического оборудования; легко разбуриваться; не быть токсичными.

Соблюдение указанных требований во многом обусловливает

должно быть недефицитным и недорогим; не должно ухудшать свои свойства при хранении.

Получить тампонажные растворы, удовлетворяющие всем требованиям, практически невозможно. Так, растворы, не расте­ кающиеся в трещинах, плохо перекачиваются, а седиментационная устойчивость дисперсных тампонажных растворов с умень­ шением содержания твердой фазы падает. Удовлетворяя то или иное требование, необходимо следить за тем, в какой мере бу­ дут соблюдаться остальные. Назначение тампонажных работ и геолого-технические особенности района работ обычно обуслов­ ливают основные требования и второстепенные, которые могут соблюдаться не так строго. Все это определяет существование широкого набора тампонажных растворов и появление все но­ вых и новых составов.

Степень удовлетворения раствора тем или иным требованиям определяется в результате измерения его свойств.

§ 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОЙСТВ ТАМПОНАЖНЫХ РАСТВОРОВ

Тампонажные растворы характеризуются многими парамет­ рами, однако для практики наибольший интерес представляют свойства, измерение которых оперативно и несложно. К сожале­ нию, существующие приборы и методы определения свойств там­ понажных растворов несовершенны, и часто простота измерения идет в ущерб соответствию полученных оценок реальной дейст­ вительности.

Основные параметры тампонажных растворов: плотность^ подвижность, консистенция, водоудерживающая способность* сроки схватывания, прочность структуры, седиментационная ус­ тойчивость, водотвердое отношение. Реологические свойства тампонажных растворов характеризуются вязкостью и динами­ ческим напряжением сдвига.

Плотность измеряется ареометрами АГ-ЗПП или АБР-1. Подвижность раствора характеризует возможность его про­

качивания насосом, определяет величину гидравлических сопро­ тивлений при тампонировании и особенности поведения раство­ ра при заполнении каналов.

На практике подвижность оценивают по растекаемости там­ понажного раствора, которая определяется на конусе АзНИИ. Этот прибор (рис. 64) состоит из усеченного конуса-кольца 1 массой 300 г, имеющего внутренние диаметры верхнего основа­ ния 36 и нижнего 64 мм, высоту 60 мм, объем 120 см3. Конус устанавливается на съемное стекло 2, которое, в свою очередь, помещают на круглую плиту, расчерченную концентрическими окружностями. С помощью регулировочных винтов Зу служа­ щих одновременно и опорами прибора, плита со стеклом пред­ варительно по уровню устанавливается в горизонтальное поло­ жение. Конус ставится в центре круга.

Д ля измерения растекаемости готовят 250 см3 раствора за ­ данного состава и после перемешивания в течение 3 мин зали­ вают его в конус вровень с верхним кольцом. Затем конус плав-

но поднимают вверх, и раствор растекается по стеклянному кругу основания. Во взаимно перпендикулярных направлениях оп­ ределяют наибольший и наименьший диаметры круга расплыва и по ним вычисляют средний диаметр в см.

От подвижности раствора в первую очередь зависит всасы­ вающая способность насоса. Считается, что удовлетворительное

только рецептурой, но и временем и интенсивностью перемеши­ вания при приготовлении. Особенно это актуально для раство­ ров на основе вяжущих добавок. Поэтому растекаемость как критерий подвижности — очень условный параметр.

Более надежно, но сложнее определяется способность тампо­ нажного раствора к прокачиванию с помощью консистометра. Этот прибор позволяет оценить сопротивление раствора переме­ шиванию лопастной мешалкой. Интенсивность перемешивания при измерениях должна соответствовать интенсивности переме­ шивания при движении раствора в скважине во время тампони­ рования. С помощью консистометра определяют и загустевание тампонажного раствора в процессе перемешивания.

Схема консистометра показана на рис. 65. Консистометр представляет собой вращающийся цилиндрический сосуд— ста­ кан 9, внутри которого находится лопастная мешалка 10. Ось

последней связана с калиброванной пружиной 5, с помощью ко­ торой измеряется усилие, передаваемое на лопасти мешалки прй перемешивании раствора. Прибор укомплектован электрической печью 8, позволяющей выполнять измерения при различных тем­ пературах. Консистометр тарируется в условных единицах по истинно вязким жидкостям.

Д ля определения консистенции приготовляют 650 см3 тампо­ нажного раствора и заливают его в стакан 9. Уровень раствора при этом не должен доходить до верхнего края цилиндра на 3 см. Затем в стакан опускают мешалку, включают электродви­ гатель 13 и одновременно пускают секундомер. С момента при­ готовления раствора до момента пуска электродвигателя долж ­ но пройти не более 5 мин. После пуска электродвигателя в те­ чение 20 мин через каждые 2 мин записывают показания стрел­ ки 4 прибора. Наименьшее из десяти значений будет характери­ зовать консистенцию тампонажного раствора.

Раствор считается достаточно подвижным, если его конси­ стенция не превышает 20 условных единиц. Консистенция — бо­ лее правильная количественная оценка подвижности, отражаю ­ щая физическую сущность процесса перемешивания раствора, но консистометры довольно сложны.

Водоудерживающая способность тампонажного раствора ха­ рактеризует, с одной стороны, его устойчивость как дисперсной системы, а с другой — способность к образованию тампонов в трещинах в процессе водоотдачи. Д ля некоторых тампонажных растворов, например цементных, водоудерживающую способ­ ность необходимо повышать, в противном случае раствор будет расслаиваться.

Седиментационная неустойчивость приводит к тому, что за ­ твердевает лишь нижняя часть раствора в трещинах либо он во­ обще не схватывается. В других растворах, например глиноце­ ментных, водоотдачу нужно увеличивать. Такие растворы в про­ цессе течения по трещинам интенсивно отфильтровывают воду в пористые стенки, что сопровождается резким повышением рео­ логических параметров. Остановка раствора в трещине приво­ дит к образованию плотного тампона. Чем интенсивнее водоотда­

рифмической сеткой (рис. 66). Порядок измерений такой же, как при определении водоотдачи глинистых растворов, и такж е приводится ко времени фильтрации — 30 мин.

Измеренная водоотдача может быть абсолютной, когда объ­ ем отфильтровавшейся жидкости за 30 мин меньше объема жидкой фазы раствора в стакане прибора, и условной (относи­ тельной), когда водоудерживающая способность раствора не­ большая, т. е. объем жидкой фазы, отфильтровавшийся за 30 мин, больше объема в стакане прибора. Положение риски

прибора в процессе измерений наблюдают через 10,15,20,25, 30, 45 с и 1, 2, 3, 5 и 10 мин с момента открытия клапана.

Величина условной водоотдачи может быть получена расчет­

жидкости, отфильтровавшейся из тампонажного раствора за время t, см3; t — время от начала опыта, мин.

условиях прибором ВИКа (рис. 67). Прибор состоит из кругло­ го металлического стержня 4Усвободно перемещающегося в вертикальной обойме 5 станины 1. Д ля закрепления стержня на желаемой высоте служит зажим 2. В нижнюю часть стержня 4

прибора входит кольцо 7 с подставкой 8. Масса подвижной си­ стемы прибора 300 г.

Д ля определения сроков схватывания готовят 300 см3 там­ понажного раствора, который после трехминутного перемеши­ вания заливается в кольцо 7. Перед началом измерения игла 6 должна слегка касаться поверхности раствора. Способ основан на периодическом измерении глубины погружения в исследуе­ мый раствор стерокня (иглы) площадью сечения 1 мм2 под дей­ ствием нагрузки в 3 Н. По мере загустевания раствора движение иглы в нем замедляется. Время, прошедшее от момента затворения до момента, когда игла не доходит до дна сосуда с рас­ твором на 1 мм, называют временем начала схватывания. Вре­ мя, прошедшее от момента затворения до момента, когда игла

погружается в раствор не более чем на 1 мм, называют време­ нем конца схватывания.

Сроки схватывания тампонажных растворов — условные па­ раметры, так как в их основу положены условные критерии. Процесс упрочнения раствора и превращения его в тампонаж­ ный камень по физико-химической сути не имеет критических точек, делящих его на различные стадии. На сроки схватыва­ ния влияют давление, минерализация пластовых вод и химиче­ ский состав тампонируемых пород. Однако попытки выполнять измерения с учетом этих факторов при существующих методах определения сроков схватывания не имеют смысла. Такой учет дает лишь качественную картину изменения процесса схваты­ вания.

В то же время для успешного тампонирования нужно четко знать время, которым располагают исполнители для проведе­ ния работ. В этом отношении измеряемые сроки схватывания дают самое общее представление об этом времени. Если начало схватывания наступает, например через 1 ч, это не значит, что исполнитель работ имеет в своем распоряжении этот час. По­ этому, готовя раствор для тампонирования скважины, исполни* тели стремятся подстраховаться и увеличить время начала схватывания, а это приводит к резкому уменьшению эффектив­ ности тампонажных работ.

Необходимо знать кинетику нарастания прочности структу­ ры раствора во времени. Для этого измеряют пластическую прочность структуры раствора.

Пластическая прочность Р т характеризует прочность струк­ туры раствора при пластично-вязком разрушении, измеряется на приборе ВИКа по методу акад. П. А. Ребиндера, усовершенст­ вованному М. С. Винарским. Вместо иглы прибор снабжается комплектом конусов из стали, алюминия или органического стекла с углами при вершине 30°, 45°, 60°, 90°. Кроме того, не­ обходимо иметь кольцо большего размера (диаметром 127— 146 мм) и соответствующего размера подкладную пластину.

Методика измерений следующая. В кольцо 7 высотой 40 мм (см. рис. 67), установленное на пластине-поддоне S, заливают тампонажный раствор. Поверхность раствора тщательно вырав­ нивают. Подвижный стержень 4 прибора-с укрепленным в ниж­ ней части конусом (показан пунктиром) устанавливают такйм образом, чтобы конус чуть касался поверхности раствора, и в таком положении фиксируют зажимом 2. Через определенное время выдержки зажим отпускают, подвижную систему осво­ бождают и конус погружается в раствор на определенную глу­ бину. Величина погружения фиксируется по шкале 3.

Затем конус поднимают, насухо протирают и устанавливают в исходное положение. Кольцо 7 с пробой раствора смещается с пластиной 8 по плите-основанию таким образом, чтобы после очередного погружения конуса центры лунок находились на рас­ стоянии не менее трех диаметров предыдущей лунки. Через за­

данное время выдержки нажатием кнопки зажима 2 конус вновь освобождается, и измеряют глубину его погружения.

Пластическая прочность Р т (в Па) вычисляется по формуле

где Ка — коэффициент, зависящий от угла конуса; G — вес по­ гружаемой системы, Н; h — глубина погружения конуса в там­ понажный раствор, м.

Коэффициент К а определяется из выражения

(X.3)

(« — угол при вершине конуса).

Так как пластическая прочность нарастает во времени, глу­ бина погружения конуса постепенно уменьшается. Д ля повыше­ ния точности измерений при достижении h —0,5-ь 0,8 см конус заменяют более острым. Если использован самый острый конус комплекта, подвижную систему дополнительно нагружают, для чего в верхней ее части устанавливается съемный груз, величи­ на которого зависит от конкретных условий опыта.

Рекомендуется одновременно исследовать не менее трех об­ разцов раствора и пластическую прочность выбрать как среднее из трех измерений. По результатам измерений строят кривую изменения пластической прочности во времени. Общий характер кривых для различных растворов приведен на рис. 68. Кривая 1 характерна для цементного раствора, кривая 2 — для глинисто-

го раствора с содержа­ нием цемента 10%.

Общий характер кри­ вых отражает физико-хи­ мические изменения, про­ исходящие в растворе с течением времени. Снача­ ла прочность нарастает медленно, затем лавино­ образно ускоряется, пос­ ле чего вновь замедляет­ ся, асимптотически при­ ближаясь к конечному значению. На каком-то этапе лавинообразного участка упрочнения пла­ стическое разрушение структуры переходит в хрупкое. Но раствор не прокачивается задолго до этого момента.

Знание кинетики на*

растания прочности позволяет оценить время, которым мастер располагает при неполадках в процессе закачки раствора. На этапе медленного набора прочности структуры раствора плас­ тическую прочность можно считать аналогом статического на­ пряжения сдвига. Тогда, если раствор находится в трубах дли­ ной L, сопротивление раствора сдвигу Р© определяется по формуле

где рст — гидростатическое давление раствора в бурильных тру­ бах; Па; d — внутренний диаметр бурильных труб, м.

Отсюда при максимальном давлении, развиваемом насосом, Pemax, получим критическое значение пластической прочности рт кр, при котором насос не может продавить раствор в трубах:

Зная Р т кр по кривой нарастания пластической прочности во времени для данного раствора можно найти время, за которое структура достигла критической прочности. Конечно, и здесь речь идет о приблизительной оценке, так как трудно учесть ряд факторов: время предварительного перемешивания, степень со­ ответствия для данного времени статического напряжения сдви­ га и пластической прочности, температуры в скважине и др. Но полученная оценка является количественной, отражает в дина­ мике физико-химию процесса и может уточняться по мере по­ лучения дополнительной информации.

Измерять пластическую прочность можно непосредственно на буровых установках перед проведением тампонажных работ.

Седиментационная устойчивость тампонажных растворов ха­ рактеризуется коэффициентом водоотделения и измеряется в процентах. Она определяется следующим образом. Испытуемый раствор заливают в два мерных цилиндра объемом 250 см3 каж ­ дый и оставляют в покое на 3 ч. Д ля предотвращения испарения жидкости мерные цилиндры сверху накрывают. По истечении 3 ч по делениям на стенках цилиндров измеряют объемы жид­ кости, отделившейся из раствора в каждом из них. По резуль­ татам измерений вычисляют коэффициент водоотделения

тельный результат принимается среднеарифметическое из изме­ рений в обоих цилиндрах.

Раствор считается достаточно устойчивым, если коэффици­ ент водоотделения не превышает 2,5%.

Водотвердое отношение (BfT) представляет собой отноше­ ние масс воды и твердой фазы, необходимых для получения единицы объема раствора. Оно во многом определяет свойства тампонажных растворов. При известных составах воды и твер­

дой фазы по водотвердому отношению обычно прогнозируются свойства раствора. И наоборот, желая получить определенные параметры раствора, нередко изменяют водотвердое отношение. Д ля тампонажных растворов В/Т=0,4-н0,8.

При однокомпонентной твердой фазе тампонажного раство­ ра плотность и В/Т связаны следующей формулой:

свойства промывочных жидкостей.

Не все тампонажные растворы характеризуются полным на­ бором приведенных выше параметров. Так, для оценки качества тапонажных растворов на основе цементов используют все ха­ рактеристики; тампонажные пасты оцениваются водотвердым отношением и сроками схватывания; в полимерных тампонаж­ ных растворах важны сроки твердения, а водотвердое отноше­ ние и водоотдача теряют смысл.

Вид и состав тампонажного раствора, а в ряде случаев и технология использования определяют свойства, подлежащие оценке и контролю.

§4. ТРЕБОВАНИЯ К ТАМПОНАЖНОМУ КАМНЮ

Для того чтобы тампонирование достигло цели, тампонаж­ ный камень должен удовлетворять ряду требований, основные из которых следующие.

1.Достаточная механическая прочность. Эта прочность должна обеспечивать также выполнение различных операций при дальнейшем бурении скважины.

2.Непроницаемость для промывочных жидкостей, пластовых

вод и газа.

3.Стойкость к коррозионному действию пластовых вод.

4.Температурная стойкость.

5.Сохранение объема при твердении и упрочении.

Уровень требований к этим параметрам зависит от цели там­ понирования. Не всегда целесообразно иметь камень, пол­ ностью удовлетворяющий этим требованиям. Наиболее высокие требования предъявляются к тампонажному камню для тампо­ нирования обсадных колонн при разобщении проницаемых гори­ зонтов в продуктивных скважинах.

В конкретной ситуации те или иные параметры тампонажно­ го камня являются определяющими и их стараются получить, выбирая тампонажный раствор и регулируя соответствующим образом его свойства.

Измеряемые характеристики тампонажного камня: прочность на изгиб и сжатие (для нетвердеющих составов

пластическая прочность и другие параметры); проницаемость; коррозионная устойчивость;

объемные изменения при твердении.

Методика измерения характеристик тампонажного камня разработана применительно к цементным растворам и в настоя­ щее время используется полностью для оценки камня на основе вяжущих веществ.

§ 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА ТАМПОНАЖНОГО КАМНЯ ИЗ РАСТВОРОВ НА ОСНОВЕ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ

Качество цементного камня оценивают в лабораторных ус­ ловиях на образцах стандартных размеров, которые готовят с соблюдением требований, обеспечивающих однородность свойств по всему объему. Свойства цементного камня зависят от режи­ ма его твердения, который определяется влажностью, темпера­ турой, давлением, составом пластовых вод и горных пород. Ж е­ лательно, чтобы режим твердения экспериментальных образцов цементного камня был максимально приближен к условиям скважины.

При твердении раствора на протекание химических процес­ сов гидратации расходуется вода. Если этот расход воды не компенсируется из внешней среды, то поры и капилляры це­ ментного камня частично освобождаются от наполняющей их воды, что сопровождается замедлением гидратации, усадкой, из­ менением физических свойств камня.

В скважине расход воды на гидратацию в некоторой степени компенсируется за счет поступления в цементный камень плас­ товых вод и фильтрата промывочной жидкости. Поэтому приня­ то помещать экспериментальные образцы в воду, создавая тем самым условия для полной компенсации химического поглоще­ ния воды. Чтобы исключить размыв образца цементного раство­ ра с поверхности при погружении в водяную ванну, ему дают сначала затвердеть в атмосфере насыщенного пара или залива­ ют его в закрытые незагерметизированные формы, погружая затем в воду. После того как цементный камень приобрел доста­

камня перед определением его свойств зависит от задач иссле­ дования. Если необходимо знать минимально допустимое время ОЗЦ, то выбирают сроки, приближающиеся к предполагаемому

свойств цементного камня во времени измерения производят пос­ ле выдерживания образцов в течение 24 и 48 ч, 7 и 28 сут.

Прочность тампонажного камня характеризуется временным сопротивлением сжатию, изгибу, реже разрыву. Испытания при температурах 22 и 75 °С проводят по ГОСТ 1581—78.

Прочность цементного камня непостоянна. Первое время пос­ ле твердения она быстро возрастает, затем постепенно стабили­

ния образцов на гидравлическом прессе. Наиболее распростра­ нены образцы в виде куба с ребром 7,07 и 5 см (площади попе­ речного сечения соответственно 50 и 25 см2), но можно приме­ нять и образцы цилиндрической формы, их высота и диаметр должны быть равны.

Д ля изготовления образцов цементный раствор заливают в разъемные формы соответствующих размеров, выполненные из стали или пластмассы. Из одного замеса цементного раствора изготовляют несколько образцов (не меньше трех), которые вы­ держивают в одинаковых условиях одно и то же время. Перед заливкой раствора на формы устанавливают надставки высо­ той 5 мм, обеспечивающие некоторый избыток раствора. Через 1 ч твердения избыток раствора срезается вровень с краями формы. Формы заполняют последовательно в два приема: вна­ чале до половины, затем вровень с надставкой.

Образцы, твердеющие при температуре 22± 2°С , первые сутки следует хранить в контейнерах с гидравлическим затво­ ром при относительной влажности 80—90%. Через 24 ± 2 ч после затворения образцы освобождают от форм, маркируют и хра­ нят в водяной ванне до момента испытания. Испытывают их сразу после извлечения из ванны и обтирания.

Образцы, твердеющие при температуре 75± 3°С , после уда­ ления избытка раствора из форм накрывают стеклянной или стальной пластиной и помещают в термостат с водой указанной температуры. Через 2 4 ± 2 ч образцы извлекают из форм, мар­ кируют и помещают в тот же термостат для последующего уп­ рочнения. Испытывают их после предварительного охлаждения в течение 2,5 ч.

За величину прочности принимается среднее из трех измере­ ний. Скорость нагружения при испытании на сжатие не должна превышать 2 МПа в 1 с.

П р о ч н о с т ь п р и и з г и б е определяют при разрушении образцов-призм на разрывных машинах. Размеры призм 4Х 4Х Х16 см. Порядок приготовления и испытания такой же, как и образцов для исследования на сжатие.

На рис. 69 приведено устройство простейшей рычажной раз­ рывной машины, в которой усилие на образец создается весом

Рис. 69. Рычажная разрывная машина:

1—стойка.; 2—испытуемый образец^ 3, 5—рычаги; 4 противовес: €—крюк; 7—ве­ дерко; 8 —опоры; 9 —сосуд для дроби; 10 —лоток; 11 —педаль отсекателя

дроби, ссыпающейся в ведерко 7 из сосуда 9. Вес дроби через систему рычагов 3 и 5 передается к приспособлению 8, в кото­ ром изгибается образец 2. Расстояние между опорами приспо­ собления принято равным 0,1 м. Образец устанавливается сим­ метрично относительно средней опоры. Дробь высыпается че­ рез лоток 10, скорость истечения ее должна быть примерно 0,1 кг/с. В момент разрушения образца ведерко резко опускает­ ся, нажимает на педаль отсекателя 11 и поступление дроби пре­ кращается.

Предел прочности при изгибе

где К. — коэффициент прибора, учитывающий соотношение плеч; Р — разрушающий груз, Н; / — расстояние между опорами при­ способления, м; b, h — соответственно ширина и высота сечения призмы (принимаются измеренные значения), м.

П р о ч н о с т ь н а р а с т я ж е н и е определяется при разру­ шении образцов в виде «восьмерок» с площадью поперечного се­ чения, равной 5 см2. Прочностные характеристики цементного камня определяют и в специальных автоклавах при повышен­ ных давлениях (до 25 М Па) и температурах (до 300 °С). Такие устройства сложны и используются в основном для научных исследований.

Считается, что конечные прочностные характеристики це­ ментный камень набирает через 28 сут твердения. Однако уже через 2 сут прочность цементного камня может достигать 90%

и более от максимальной. Поэтому оперативная оценка прочно­ сти дается через 2 сут твердения.

Проницаемость тампонажного камня определяется размера­ ми пор и степенью их сообщения между собой. Различают аб­ солютную (физическую) и эффективную проницаемость.

А б с о л ю т н о й называют проницаемость пористой среды для газа или однородной жидкости при отсутствии физико-хи­ мического воздействия между жидкостью и пористой средой. При этом весь объем пор среды должен быть заполнен фильт­

ления абсолютной проницаемости образец высушивают, эффек­ тивная проницаемость измеряется на образце, сразу же извле­ ченном из воды.

Проницаемость тампонажного камня непостоянна, она изме­ няется в процессе твердения в соответствии с изменением порового пространства. По окончании твердения проницаемость там ­ понажного камня также может изменяться, если фильтрующая среда оказывает на него физико-химическое воздействие, при­ водящее к растворению уже затвердевшего камня. Характер из­ менения проницаемости во времени будет зависеть от соотноше­ ния двух взаимно противоположных процессов: растворения тампонажного камня и осаждения продуктов растворения и дис­ персной фазы промывочной жидкости в норовых каналах. Если процесс растворения тампонажного камня будет интенсивным, это может привести к его разрушению, ибо при этом усилива­ ется действие других, отрицательных факторов.

Эффективную водопроницаемость тампонажного камня опре­ деляют на образцах цилиндрической формы, диаметр и длина образца должны быть не менее 18 мм. Проницаемость опреде­ ляют немедленно после извлечения образца на специальных ус­ тановках, позволяющих замерять объем жидкости, фильтрую­ щейся под заданным перепадом давления. В качестве фильтрую­ щего агента применяется насыщенный раствор продуктов гид­ ратации цемента в прокипяченной дистиллированной воде. Про­ ницаемость цементного камня из обычного портландцемента со­ ставляет (5ч-10) • 10-15 м2.

Схема установки для измерения водопроницаемости цемент­ ного камня приведена на рис. 70.

Д ля приготовления насыщенного раствора продуктов гидра­ тации дистиллированную воду заливают в резервную емкость 2 через фильтр с пористой пластинкой, на которую насыпан от­ сеянный дробленый цементный камень с размером зерен 0,15— 0,5 мм. Количество цементного камня берется из расчета 20 г на 1 л воды, скорость фильтрации— 10 л/сут. После того как в емкости набралось достаточное для опытов количество раство­ ра, он вакуумируется. Трубка от вакуум-насоса подсоединяется к емкости с раствором через U — образную трубку 1. Давление

Рис. 70. Схема установки для измерения водопроницаемости цементного камня

воды в установке создается маслом из емкости 18 с помощью плунжерного пресса 16 (или сжатого азота) через разделитель­ ную 14 и напорную 9 ёмкости.

Порядок работы на установке следующий. При закрытых вентилях 8 я 17 в напорную емкость 9 с помощью пресса наби­ рают раствор из емкости 2. Затем в кернодержателе устанавли­ вают образец и, открыв вентиль 3, набирают раствор в свобод­ ное пространство крышки 4 кернодержателя, пока он не начнет вытекать через открытый штуцер 5. После этого закрывают вен­ тиль 3. Перед установкой образца 6 свободное пространство в днище 7 кернодержателя также заполняют раствором продук­ тов гидратации. После этого, открыв вентили 3, 11у 13 я 15 (при закрытых 3, 12у 17), создают давление, которое фиксируй ется манометром 10. Принимаются ступени давления 0,5; 1 и 1,5 МПа, причем на каждой ступени расход воды определяют не менее 3 раз после достижения установившегося расхода.

время опыта /, м3; |ы — вязкость раствора продуктов гидратации цемента при температуре опыта (принимается равной вязкости

К о р р о з и о н н а я с т о й к о с т ь т а м п о н а ж н о г о к а м- н я определяется коэффициентом стойкости, который представ­ ляет собой отношение предела прочности при изгибе образцов, твердевших в агрессивной среде, к пределу прочности контроль­ ных образцов. Самопроизвольное разрушение цементного камня в скважине обусловлено коррозией выщелачивания гидрата окиси кальция и сероводородной коррозией с образованием ма­ лорастворимых соединений, что сопровождается увеличением объема твердой фазы. Метод оценки коррозионной стойкости за ­ ключается в длительном наблюдении за образцами тампонаж­ ного камня, погруженными в пластовую воду или ее имитацию. Температура агрессивной среды при этом должна соответство­ вать температуре пластовой воды в естественных условиях. Размер образца 1X 1X 3 см.

Объемные изменения при твердении можно оценить с помо­ щью прибора для определения набухания грунтов (П Н Г). При этом измеряются изменения объема, происходящие на ранней стадии твердения.

Показания индикатора а используют в расчете условной ве­ личины объемного изменения.

Глава XI

МАТЕРИАЛЫ Д Л Я ПРИГОТОВЛЕНИЯ ТАМПОНАЖНЫХ СМЕСЕЙ

Материалы для приготовления тампонажных смесей (рас­ творов) и регулирования их свойств подразделяются следую­ щим образом.

1. -Матерналы для приготовления собственно смесей (раство­ ров). Они делятся на неорганические вещества: вяжущие мате­ риалы (цементы, гипс, известь), глины — и органические веще­ ства: синтетические смолы, битумы, лигносульфонаты. Эти м а­ териалы могут использоваться в композиции друг с другом.

2.Жидкости затворения: пресная вода, минерализованная вода, углеводородные жидкости.

3.Добавки, предназначенные для регулирования плотности тампонажных растворов, придания им закупоривающих свойств

(наполнители), снижения стоимости. Они подразделяются на не­ органические добавки: песок и другие кремнеземистые материа­ лы, утяжелители, суглинки, отходы промышленных производств; органические добавки: пламилон, гильсонит, каменный уголь, на­ полнители растительного происхождения. Наряду с регулирова­ нием плотности и закупоривающих свойств добавки могут

существенно влиять на текучесть тампонажных растворов, их сроки схватывания, свойства тампонажного камня. По этим признакам их делят на активные и инертные. Однако практиче­ ски инертных добавок нет. Добавки также делятся на естест­ венные и искусственные.

4. Материалы, предназначенные для регулирования сроков схватывания и реологических характеристик тампонажных рас­ творов. Такие материалы также могут быть неорганическими и органическими.

Комбинируя компоненты в различных соотношениях, можно составить тампонажные смеси с необходимыми в данных геоло­ го-технических условиях свойствами.

§ 1. ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА

Цементы

Цементы — основной материал для получения тампонажных смесей. В практике разведочного бурения применяют следую­ щие виды цементов: а) тампонажные цементы на базе портланд­ цемента; б) глиноземистый цемент; в) гипсоглиноземистый це­ мент; г) известково-кремнеземистый цемент; д) тампонажные цементы на базе металлургических шлаков. Тампонажные це­ менты выпускают по государственным стандартам и техниче­ ским условиям. Наиболее распространены растворы на основе портландцемента.

Портландцемент представляет собой порошок определенного минералогического состава, получаемый помолом клинкера—- смеси обожженных до спекания известняка, глины и других гор­ ных пород. При перемешивании с водой образуется вяжущ ая мас­ са, способная затвердевать в водной среде и на воздухе. При помо­ ле клинкера можно вводить гипс (3—6% ) и другие минераль­ ные добавки, которые улучшают некоторые свойства цементно­ го раствора и камня.

Свойства тампонажных портландцементов определяются со­ отношением важнейших составляющих минералов: трехкальцие­ вого силиката 3 C a 0 -S i0 2(C3S ); двухкальциевого силиката 2 C a 0 -S i0 2(C2S); трехкальциевого алюмината ЗСа0-А120 3(СзА); четырехкальциевого алюмоферрита 4Са0-А120 3-Рег03(Са4АР).

Содержание основных оксидов в портландцементе колеблет­ ся в следующих пределах (в % ): оксид кальция 60—66, кремне­ зем 18—25, глинозем 4— 8, окись железа 0,5—5.

К р е м н е з е м способствует образованию силикатов кальция и алюминия, придает цементу гидравлические свойства, т. е. способность затвердевать и работать в водной среде. С увеличе­ нием S i0 2 несколько замедляются сроки схватывания тампонаж­ ных растворов и повышается сульфатостойкость цементного камня.

Г л и н о з е м способствует ускорению сроков схватывания цементного раствора, но понижает прочность цементного камня.

Увеличение о к и с и ж е л е з а приводит к замедлению про­ цессов схватывания тампонажных растворов и снижает раннюю прочность цементного камня.

Кроме перечисленных основных компонентов, в портландце­ менте содержатся оксиды магния, калия, натрия, титана, фос­ фора, марганца, серы. Эти примеси могут существенно влиять на свойства цементного раствора и камня, на процессы тверде­ ния и разрушения камня под действием внешних факторов. Со­ держание перечисленных примесей в цементе может существен­ но колебаться как вследствие колебаний их количества в исход­ ном сырье, так и за счет образования при спекании так называе­ мых клинкерных минералов (при обжиге оксиды вступают во взаимодействие друг с другом). Причем образование клинкер­ ных минералов нерегулируемо.

Эти оксиды влияют на свойства цемента неоднозначно. Н а­ пример, свободные оксиды кальция и магния ухудшают качест­ во цемента, так как они гидратируются значительно медленнее, чем основные соединения клинкера. Это приводит к появлению внутренних напряжений в затвердевшем цементном камне. Двуоксид титана повышает прочность цементного камня, а фос­ форные соединения — сроки схватывания при нормальных усло­ виях.

Все это свидетельствует о том, что исходные свойства одного "и того же цемента будут колебаться и их можно характеризо­ вать лишь какими-то пределами. Поэтому в технической лите­ ратуре, когда хотят дополнительно уточнить свойства цемента, называют завод-изготовитель. Качество цемента характеризует­ ся маркой, численно совпадающей со значением предела проч­ ности при сжатии образцов цементного камня, полученных из смеси цемента с песком состава 1; 3, через 28 сут твердения.

Плотность тампонажного портландцемента колеблется от 3 до 3,2 г/см3, насыпная масса в рыхлом состоянии около 1,2 г/см3.

Фракционный состав обычных портландцементов примерно следующий: 30—45% частиц размером 10 мкм; 10—20% разме­ ром 10—20 мкм; 10—20% размером 20—30 мкм; 10—20% раз­ мером 30—50 мкм; 10—25% размером 50 мкм. На свойства це­ мента наибольшее влияние оказывают самые тонкие фракции. Удельная поверхность обыкновенного портландцемента 2800— 3500 м2/кг.

В зависимости от температуры испытания и применения там­ понажный цемент делится на три класса: цемент для «холод­

торый в свою очередь делится на несколько групп в зависимости от температуры испытания и давления; ВЦА — /= 1 0 0 ± 3 ° С и

мажных мешках. Однако несмотря на это, при длительном хра­ нении активность цемента снижается, ухудшаются и характери­ стики цементного камня. Это происходит вследствие гидрата­ ции наиболее мелких частиц за счет влаги воздуха.

Промышленностью выпускаются следующие разновидности портландцемента (ГОСТ 10178—76).

Быстротвердеющий портландцемент отличается интенсивным твердением в начальный период вследствие более тонкого по­ мола и повышенного содержания двухкальциевого и трехкаль­ циевого силикатов. Удельная поверхность его свыше 3500 м2/кг.

Гидрофобный портландцемент дольше сохраняет свои свой­ ства при длительном хранении за счет добавок при помоле гидрофобизирующих поверхностно-активных веществ, образующих на зернах цемента водоотталкивающую пленку.

Пластифицированный портландцемент изготовляется путем введения в обычный портландцемент гидрофильной пластифици­ рующей поверхностно-активной добавки, придает растворам по­ вышенную подвижность, а камню — повышенную морозостой­ кость. Сроки схватывания раствора из такого цемента замед­ ленные.

Сульфатостойкий портландцемент отличается повышенной стойкостью к коррозии. В клинкере сульфатостойкого портланд­ цемента ограничивается содержание Q S и СзА, не допускаются добавки, кроме гипса. Этот цемент обладает по сравнению с обычным повышенной сульфатостойкостью.

Пуццолановый портландцемент содержит значительное ко­ личество минеральных добавок и имеет ограниченное содержа­ ние СзА в клинкере (до 8% ). Вследствие легкой размалываемости и тонкопористой структуры большинства добавок он имеет большую удельную поверхность.

Глиноземистый цемент состоит из 40% глинозема, 40% окси­ да кальция, 10% оксида кремния, а также оксида (или закиси) железа и других соединений. Цементный камень из глиноземи­ стого цемента характеризуется большей прочностью и водоне­ проницаемостью по сравнению с портландцементом. Этот це­ мент вследствие повышенной стоимости применяется обычно в смеси с портландцементом (1 :5 или 1 :4 ) как компонент, уско­ ряющий схватывание.

Известково-кремнеземистый цемент представляет собой смесь гашеной извести с кварцевым песком различной дисперсности или с тонкодисперсным кремнеземом (диатомитом, трепелом, опокой). Он применяется при повышенных температурах в сква­ жинах, характеризуется быстрым схватыванием и низкой водо­ удерживающей способностью.

Цементы на основе металлургических шлаков состоят из оксидов получаемого металла и его примесей, соединений пу­ стой породы, футеровки печей, флюсов, золы топлива, а также специальных добавок для регулирования свойств шлаков. По химическому составу многие шлаки близки к вяжущим вещест­ вам, но отличаются пониженным по сравнению с портландце­ ментом содержанием оксида кальция.

Активные шлаки после помола дают цементы, позволяющие получить растворы со сроками схватывания до 2 ч. Однако, как правило, шлаковые цементы недостаточно активны и их исполь­ зуют в смеси с портландцементом, который играет роль интенсификатора схватывания и твердения. Ш лаковые цементы, осо­ бенно активные, очень чувствительны к условиям и срокам хране­ ния. Продолжительность хранения шлакового цемента приводит к увеличению сроков схватывания тампонажных растворов и их вязкости.

Камень из шлаковых цементов обладает более высокой проч­ ностью и большей коррозионной стойкостью в пластовых водах, чем камень из портландцемента.

Более распространены шлаковые цементы как добавки к другим цементам и вяжущим веществам: шлакопортландцементы, сульфатно-шлаковый цемент, известково-шлаковый цемент и др.

Большое распространение получил гипсоглиноземистый це­ мент, который представляет собой продукт совместного помола высокоглиноземистых шлаков и двуводного гипса в соотноше­ нии 7 :3 . Гипсоглиноземистый цемент расширяется при тверде­ нии в воде, не дает усадки или слегка расширяется при твер­ дении на воздухе, имеет повышенную коррозионную устойчи­ вость, сроки схватывания его понижены. Он широко применяет­ ся при борьбе с поглощениями промывочной жидкости.

Гипс как тампонажный материал

В качестве самостоятельного тампонажного материала ис­ пользуется высокопрочный гипс, представляющий собой полугидрат CaSO4-0,5H2O, отличающийся от строительного гипса лишь способом производства. Плотность гипса 2,6—2,75 г/см3.

Твердение гипса при затворении порошка водой происходит в результате химической реакции

203804-0,511*0 + 3H*0 с=2CaS04-2H*0.

Гипс— быстросхватывакяцееся вяжущее вещество, поэтому при использовании его в качестве основного материала в рас­ твор необходимо вводить замедлители схватывания. Скорость схватывания гипса возрастает при повышении температуры до 50 °С. При дальнейшем повышении температуры сроки схваты­ вания удлиняются, а при 80—90 °С гипсовый раствор не схва­ тывается.

Механическая прочность на изгиб камня из гипсового раство­ ра уже через 3—5 ч достигает 2,5—3 МПа. Одна из важнейших особенностей гипсового камня — его низкая водостойкость. В ре­ зультате растворения в воде двуводного сульфата кальция проч­ ность гипсового камня быстро снижается вплоть до полного раз­ рушения. Если вода содержит соли, повышающие раствори­ мость CaSO.4 (например NaCl), то прочность гипсового камня снижается быстрее.

Глина как тампонажный материал

Требования к качеству глины как добавки к компоненту там­ понажной смеси определяются назначением смеси. Практически используются все разновидности глин, вплоть до суглинков. Можно выделить несколько функций глины в тампонажных сме­ сях.

1.Облегчаюшая добавка. Наличие глины в смеси всегда тре­ бует повышенных количеств воды для затворения, что приводит

куменьшению плотности раствора.

2.Структурирующая добавка. Д аж е небольшие добавки гли­ ны приводят к увеличению реологических параметров раствора, повышают его седиментационную устойчивость, показатель фильтрации. Чем (выше качество глины, тем активнее она выпол­ няет эти функции и тем меньшее количество ее вводится.

3.Основной компонент тампонажного раствора (в соляро­ бентонитовых смесях, глиноцементных растворах и др.). Здесь также предпочтительны высококачественные глины.

4.Дешевый наполнитель, сокращающий расход цемента при больших объемах тампонирования (например, при ликвидаци­ онном тампонировании). Здесь используются самые низкие сор­ та глины и суглинки.

Добавки глины уменьшают прочность тампонажного камня и его устойчивость в минерализованных подземных водах и при повышенных температурах.

§ 2. СИНТЕТИЧЕСКИЕ СМОЛЫ И ОТВЕРДИТЕЛИ

Смолы представляют собой высокомолекулярные органиче­ ские вещества — полимеры. Молекулы полимеров могут иметь относительную молекулярную массу, измеряемую миллионами единиц, и соединять сотни тысяч атомов. Размеры молекул обус­ ловливают различные качества синтетических смол и продуктов их твердения. С увеличением относительной молекулярной мас­ сы растет прочность вещества в твердом состоянии, повышается температура плавления, снижается растворимость. Большинство органических полимеров имеют низкую теплостойкость, не пре­ вышающую, как правило, 100 °С.

Получение синтетических смол сводится к превращению ис­ ходных низкомолекулярных веществ в высокомолекулярные.

При этом может протекать реакция полимеризации или поли­ конденсации. П о л и м е р и з а ц и я представляет собой процесс соединения большого числа молекул низкомолекулярных .ве­ ществ в одну большую макромолекулу высокомолекулярного ве­ щества. П о л и к о н д е н с а ц и я — это процесс образования вы­ сокомолекулярного вещества, происходящий с выделением по­ бочных продуктов: воды, аммиака, хлористого водорода и др. Полимеризация сопровождается уменьшением объема полимеризующейся массы вследствие замены межмолекулярных связей межатомными. Потеря объема при твердении в процессе поли­ меризации 100% смолы может доходить до 10— 12%, при раз­ бавлении водой усадка увеличивается.

Характер изменения объема при твердении зависит от усло­ вий: твердение на воздухе, как правило, увеличивает усадку.

Исходные смолы характеризуются составом, условной вяз­ костью, определяемой по времени истечения на вискозиметре ВЗ-4, величиной pH. Тампонажный камень характеризуется внешним видом и пределами прочности на сжатие, разрыв и изгиб.

Применяются карбамидные смолы — продукты конденсации мочевины (или тиомочевины) с формальдегидом; феноло-фор- мальдегидные смолы — продукты конденсации альдегидов (глав­ ным образом формальдегидов) с фенолами; синтетические по­ лимеры на основе полиакриламида и гидролизованного полиак­ рилонитрила (гипана): алкилрезорциновые смолы.

Наиболее распространены карбамидные смолы: мочевиноформальдегидные (МФ-17, МФ-60, М-270, М-19-62), меламино- мочевино-формальдегидные (ММФ-50), мочевино-формальдегид- но-фурфурольные (МФФ-М). Эти смолы представляют собой жидкости от белого до темно-коричневого цвета плотностью 1,17— 1,5 г/см3. Прочность камня довольно высока: при сжатии до 250 МПа, при разрыве до 100 МПа, при изгибе до 120 МПа.

В качестве отвердителей таких смол используются органиче­

цинк, хлористый аммоний. Наиболее широко применяется соля­ ная и щавелевая кислоты. Как правило, их добавляют в виде водного раствора, хотя щавелевую кислоту можно использовать и в сухом виде. Концентрация соляной кислоты в водном рас­ творе из соображений безопасности не должна быть более 10%* Все это необходимо учитывать при выборе соотношения компо­ нентов в рабочем растворе, так как общее содержание воды не должно быть более 50%. Щ авелевая кислота — более безопас­ ный отвердитель, чем соляная кислота, но тоже токсична. При ее введении растягивается начало твердения, вследствие этого смещается и конец твердения.

Мочевино-формальдегидные смолы изменяют свои свойства и свойства конечного продукта при длительном хранении. Наибо­

лее стабильна в этом отношении меламино-мочевино-формаль- дегидная смола ММФ-50.

Феноло-форм альдегидные смолы — продукты конденсации фенолов с формальдегидом. Они отверждаются как в кислой, так и в щелочной средах, в зависимости от соотношения коли­ честв фенола и формалина и величины pH среды могут образо­ вываться и термопластичные, и термореактивные системы.

Фенолы представляют собой продукты сланцевой химии. На основе фенолов известны резорцино-формальдегидная смола ФР-12; смесь сланцевых водорастворимых фенолов с этиловым спиртом ФРЭС; состав ТДС-9, представляющий смесь сланце­ вых водорастворимых фенолов, этилового спирта, раствора ед­ кого натра и пластификатора (диэтиленгликоля); состав ТС-10, смесь так называемых суммарных сланцевых фенолов и т. д.

Рабочий раствор ФРЭС — это смесь продукта ФРЭС с 37% формалина в отношении 1:0,7. Время начала твердения — 180 мин.

Рабочий раствор ТСД-9 готовится смешиванием исходного продукта с водой и формалином в отношении 1:0,3:0,7 . Начало твердения наступает через 3—4,5 ч. Реже в качестве отвердителя используется параформ.

Применяются и другие смолы, в частности резольная строи­ тельная смола ФРВ-1А. Она может содержать 1% алюминиево­ го порошка, который реагирует как с кислотами, так и со щело­ чами с выделением водорода. При взаимодействии с отвердителем объем состава увеличивается в 10— 15 раз.

Все большее применение получают эпоксидные смолы. В от­ личие от других смол они обладают значительными преимущест­ вами: продукт твердения стоек к агрессивным воздействиям вы­ сокоминерализованных вод, имеет высокие физико-механиче­ ские свойства, не дает усадки, не выделяет летучих, обладает хорошей адгезией. Отвердители эпоксидных смол — многооснов­ ные карбоновые кислоты, ангидриты кислот (фталевый ангид­ рит, малеиновый ангидрит), полиамины, диамины (гексаметилендиамин), карбамидные смолы.

Наиболее распространены диановые эпоксидные смолы ЭД-5 и ЭД-6, которые получаются путем поликонденсации эпихлоргидрина и дифенолов в присутствии щелочи. По внешнему виду они представляют собой прозрачную жидкость от светло-желто­ го до коричневого цвета.

§ 3. СИНТЕТИЧЕСКИЙ ЛАТЕКС

Синтетический латекс — многокомпонентная система, полу­ чаемая путем эмульсионной полимеризации. Это молочно-белая жидкость плотностью 0,96—0,97 г/см3 с содержанием воды до 56% и каучука до 37% ■Кроме того, в ее состав входят 2—2,7% белков, 1,6—3,4% смол; 1,5—4,2% сахара и 0,2—0,7% золы. Каучук в латексе находится в виде отрицательно заряженных

взвешенных глобул, размеры которых колеблются от 0,1 до 6 мкм. На поверхности частиц каучука находится адсорбцион­ ный слой поверхностно-активных веществ (белков, жирных кис­ лот и др.), препятствующий коагуляции и обеспечивающий ус­ тойчивость латекса.

Латекс обладает также способностью самопроизвольно коа­ гулировать. Особенно быстро коагуляция происходит под дей­ ствием тепла. Поэтому его следует хранить -в закрытом холод­ ном помещении. В углеводородной среде латекс не коагулирует. Он применяется главным образом для борьбы с поглощением. Используются следующие марки латексов с высокой концентра­ цией сухого вещества (50—60% ): СКС-50КГП, СКС-300Х, СКС-С.

Латекс коагулирует при смешивании с раствором солей двух- и трехвалентных металлов, в результате чего образуется эластичная и плотная каучуковая масса, закупоривающая ка­ налы фильтрации. Для увеличения прочности тампонов в л а ­ текс добавляют до 15% лигнина. Чаще применяются малокон­ центрированные латексы (МКЛ) с содержанием сухого вещест­ ва 25—30%. Их марки: ДВХВ-70, ДМВП-100, СКМС-ЗОАРК. Латексы МКЛ менее дефицитны и примерно в 2 раза дешевле высококонцентрированных. Основной коагулятор латексов — раствор хлористого кальция в концентрации не менее 3%, хотя используются соли других двухили трехвалентных металлов. Скорость коагуляции регулируется концентрацией хлористого кальция.

§ 4. БИТУМЫ

Битумы применяются в чистом виде и в тампонажных со­ ставах для борьбы с поглощениями промывочных жидкостей. Они могут быть нефтяными и природными, делятся на твердые, полутвердые и жидкие. Нефтяные битумы получаются в резуль­ тате переработки нефти. По химическому составу это высокомо­ лекулярные органические соединения. Их состав и свойства оп­ ределяются образующими компонентами: маслами, смолами, асфальтенами, карбенами, карбоидами, парафинами, асфальтогеновыми кислотами, ангидридами асфальтогеновых кислот.

Битумы и битумные смеси используются в расплавленном виде. Остывая в каналах поглощения, они затвердевают и на­ дежно изолируют проницаемую зону от ствола скважины. Одна­ ко чистые битумы — вязкие тела и текут (расплываются) под действием перепада давления в скважине даже в твердом виде. Кроме того, они плохо разбуриваются, налипают на породораз­ рушающий инструмент. Чем меньше твердость и хрупкость би­ тума, тем в большей мере проявляются эти отрицательные свой­ ства. Лучшими тампонирующими и технологическими свойства­ ми обладают битумные смеси — битумы с добавками парафина» цемента, песка, глины и т. д.

Дисперсионной средой тампонажных растворов служат прес­ ная и минерализованная воды, реже — углеводородные жидко­ сти. Наиболее широко применяется пресная вода. Каких-либо особых требований к ней не предъявляется. Минерализованные воды используются при затворении цементных растворов, пред­ назначенных для тампонирования соленосных отложений.

Тампонажные смеси на концентрированных растворах солей предупреждают выщелачивание соли со стенок скважины и су­ щественно не ухудшают своих свойств при попадании в них со­ лей. Консистенция цементных составов, затворенных на раство­ рах солей, намного ниже, чем затворенных на пресной воде. Сроки схватывания изменяются в зависимости от вида и концен­ трации соли. Применяются растворы NaCl, MgCl2, карналлита (KCl-M gCl2*6H20 ) вплоть до насыщенных.

Тампонажные растворы на минерализованной воде имеют по­ вышенные плотность и прочность цементного камня. Коррозион­ ная стойкость их ухудшается. Минерализованная вода рекомен­ дуется в качестве жидкости затворения и для тампонажных рас­ творов, применяемых в многолетнемерзлых породах. Причем подбирается соль, одновременно существенно сокращающая сроки схватывания.

В качестве дисперсионной среды тампонажных растворов ограниченно используются углеводородные жидкости. Это в ос­ новном дизельное топливо и нефть (в солярно-бентонитовых смесях, нефтецементных растворах).

§ 6. ДОБАВКИ

Кремнеземистые облегчающие добавки в количестве 25% и больше вводят в цементные растворы. К этой группе добавок, состоящих главным образом из S i0 2 в аморфном состоянии,, относятся диатомит, трепел, опока, селикагель и др. Наиболее существенное свойство кремнеземистых облегчающих добавок — их благоприятное влияние на количество и состав связующего вещества цементного камня. Растворы с этими добавками обла­ дают ускоренными сроками схватывания, особенно при повы­ шенных температурах. Коррозионная стойкость тампонажного камня в кислых и сульфатных водах также повышенная.

Измельченные облегчающие добавки вулканического проис­ хождения (вспученный перлит, пемза, вулканические пеплы, туфы); карбонатные (мел и известняк); добавки органического происхождения (пластмассы, каменный уголь, гильсонит и т. п.); облегчающие добавки из промышленных отходов (пыле­ видные топливные золы, пыль электрофильтров) получили меньшее распространение.

Утяжелители добавляют к тампонажным растворам для по­ лучения более высокой плфтности их. В качестве утяжеляющих

добавок применяются кварцевые и магнетитовые пески, состоя­ щие из кварца и диспергированного магнетита, без предвари­ тельного их измельчения. При этом плотность раствора можно увеличить до 2,2—2,4 г/см3.

Д ля получения более высокой плотности раствора использу­ ются порошкообразные материалы, применяемые также для утяжеления промывочных жидкостей: барит, гематит, магне­ тит. Д ля цементных растворов утяжеляющая способность этих материалов зависит не только от их плотности, но и от удель­ ной поверхности порошка. Увеличение тонкости помола утяже­ лителя сопряжено с повышением количества воды, потребляемой

.для смачивания зерен (в противном случае раствор теряет теку­ честь). Увеличение объема воды как легкого компонента рас­ твора ведет к понижению его плотности. Но введение в раствор трубодисперсных утяжелителей может вызвать их седиментадию, которая приводит к серьезным осложнениям при цементи­ ровании.

Песок вводится в большинстве случаев в немолотом виде, однако для получения цементно-песчаных смесей низкой плот­ ности при высоких температурах и давлении помол песка обя­ зателен. В ряде случаев, особенно при получении шлаковых це­ ментов, песок добавляется в клинкер -при помоле. Поэтому ниж­ няя граница размеров частиц песка не ограничивается.

Для введения в тампонажные составы предпочтительны квар­ цевые пески. Полевошпатовые пески нежелательно применять в связи с их пониженной стойкостью в водах, содержащих угле­ кислоту. Ж елательно добавлять чистый кварцевый песок, одна­ ко присутствие глины в небольшом количестве не способствует снижению механической прочности и повышает плотность кам­ ня. В то же время наличие глины в песке требует увеличенного количества воды при затворении тампонажного раствора.

Высокое содержание крупных фракций нежелательно, так как они могут осаждаться уже в процессе приготовления тампо­ нажного раствора. Д ля кварцевого песка плотностью 2,6 г/см3 допустимый размер зерен — 0,7 мм, для кварцево-железистых — 0,3—0,4 мм.

При добавках песка сокращается расход цемента, повышают­ ся коррозионная и термоустойчивость тампонажного камня, сохраняется и в ряде случаев возрастает его прочность. Сроки схватывания раствора при введении немолотого песка увеличи­ ваются, с повышением тонкости помола кварцевого песка растет его удельная поверхность и, следовательно, активность, что при­ водит к сокращению сроков схватывания, особенно при повы­ шенных температурах.

Наполнители (закупоривающие материалы) применяются в тампонажных смесях, используемых для борьбы с поглощения­ ми промывочной жидкости. Это те же наполнители, что и для промывочных жидкостей, концентрация их составляет 25— 50 кг/м3. Наиболее эффективные материалы — хлопьевидные

(пластинчатые), такие, как целлофан, слюда, обрезки хлорви­ ниловой пленки с размерами частиц до 5 ’мм, а также комбина­ ции хлопьевидных и зернистых. Наполнители ухудшают проч­ ностные характеристики тампонажного камня.

§ 7. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СВОЙСТВ ТАМПОНАЖНЫХ РАСТВОРОВ

Свойства тампонажных растворов регулируют с помощью следующих материалов: ускорителей сроков схватывания, за ­ медлителей сроков схватывания, пластификаторов, понизителей водоотдачи.

Ускорители сроков схватывания — это в основном электро­ литы и такие вяжущие, как гипс и глиноземистый цемент. Меха­ низм действия электролитов на растворы из цементов сложен и пока не установлен. Имеются попытки объяснить действие солей влиянием их на растворимость глинозема. Часто эффект воздей­ ствия 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 приме­ сей и др.

Х л о р и с т ы й к а л ь ц и й СаСЬ — наиболее распространен­ ный 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 концен­ трации хлористого кальция увеличиваются вязкостные свойства цементных растворов.

чествах до 15%, сильный ускоритель, но степень воздействия его на раствор зависит от модуля. Он интенсивно повышает рео­ логические показатели раствора.

К а р б о н а т к а л и я (поташ) К2СО5 — бесцветное кристал­ лическое вещество плотностью 2,3—2,4 г/см3, хорошо растворя­ ется в воде, вводится в количестве до 5%. Он применяется для ускорения схватывания растворов при отрицательных и низких

дение растворов при дозировках до 5%. При этом улучшаются подвижность тампонажного раствора, сцепление его со стенка­ ми скважины, сложенными галогенными и глинистыми порода­ ми. Хлористый натрий используется также для снижения тем­ пературы замерзания растворов, но дозировка его в этом слу­ чае повышается. При добавке выше 10% NaCl выступает как замедлитель схватывания раствора.

К а л ь ц и н и р о в а н н а я с о д а — сильный ускоритель для малоактивных цементов. Дозировка ее составляет менее 5%. Она применяется также в растворах, предназначенных для ис­ пользования при низких положительных температурах.

А с к а р и т получают путем смешивания асбеста с NaOH

Применяются также и другие ускорители схватывания там­ понажных растворов, такие, как щелочи, алюминат натрия, хло­ ристый алюминий. Все ускорители схватывания вводят с водой затворения. Это требует оперативного использования приготов­ ленных тампонажных растворов.

или высокотемпературных скважин. Д ля этого применяются как электролиты, так и органические вещества. Последние в боль­ шинстве своем обладают пластифицирующими свойствами, сни­ жают водоотдачу.

Механизм действия замедлителей схватывания растворов также изучен слабо. Большинство замедлителей — гидрофилизирующие поверхностно-активные вещества. Эффект замедле­ ния схватывания раствора связан с адсорбционными явлениями на поверхности раздела твердой и жидкой фаз. Замедлители схватывания адсорбируются на зародышах новообразований в

(рекомендуется для цементных растворов на основе глиноземи­

30 раз. Введение ПАА сопровождается ростом вязкости раство­ ра, поэтому он применяется совместно с кальцинированной со­ дой (доЗ% ) или бихроматами (до !% )•

Г и п а н применяется для снижения водоотдачи обычных це­ ментных и гельцементных растворов. Дозировка его составляет

ров с облегченными добавками и шлаками; дозировка ее состав­

да применяется для снижения водоотдачи обычных цементных

ишлаковых растворов, дозировка ее составляет 2%, она снижа­ ет водоотдачу в 5—7 раз, увеличивает прочность связи цемент­ ного камня с металлом. Аналогичным образом действует ССБ.

Н и т р о л и г н и н 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 цемент­ ных растворов, дозировка его до 2%, он снижает водоотдачу в 100 раз, одновременно уменьшается вязкость раствора.

Применяются комбинации реагентов. Все они вводятся с во­ дой затворения.

Глава XII

ТАМПОНАЖНЫЕ СМЕСИ НА ОСНОВЕ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ

§ 1. ТАМПОНАЖНЫЕ СМЕС№ НА ОСНОВЕ ЦЕМЕНТОВ

Это — твердеющие дисперсные системы, простейшие из кото­ рых представляют собой смесь цемента и воды. Свойства раство­ ров и тампонажного камня регулируются в широких пределах применением всех перечисленных выше добавок и реагентов. Вид и количество добавок определяют часто не только свойства раствора и особенности его поведения в тех или иных условиях, но и название. При добавке полимеров цементные4растворы на­ зываются полимерцементными. Иногда в названии отражается и вид полимера, например метасоцементный раствор, полиакриламидцементный раствор и т. д.

При введении глины цементные растворы могут называться гельцементными, глиноцементными. В то же время небольшие добавки глины, используемые для повышения седиментационной устойчивости цементных растворов и снижения водоотдачи, мо­ гут и не отразиться в названии. Цементный раствор с добавкой активного ускорителя схватывания, например жидкого стекла, может называться быстросхватывающейся смесью, Такое же на­ звание может иметь и тампонажный раствор другого состава. Все это приводит к неоправданному многообразию названий це­ ментных растворов и затрудняет их классификацию.

Особенность цементных растворов — их необратимое затвер­ девание в результате сложных физико-химических превращений, при взаимодействии цемента с водой затворения.

Образование цементного камня. Контракция

Образование тампонажного камня из растворов на основе' цементов связано с образованием трехкальциевого гидроалюми­ ната. Процесс этот происходит условно в два этапа.

В начальный момент затворения цемент эффективно взаимо­ действует с водой. Мельчайшие частицы его растворяются, бо­ лее крупные гидратируются с растворением вещества поверх­ ности. Затем наступает период замедления этих реакций. В это* время цементный раствор представляет собой пластическую мас­ су. На поверхности частичек образуются сольватные оболочки и положительные электрические заряды, между ними возникают силы отталкивания. Наряду с этим зерна цемента в массе рас­ твора настолько сконцентрированы, что между ними возникают силы взаимного притяжения. Так как на острых краях цемент­ ных зерен толщина сольватной оболочки меньше, чем на осталь­ ных участках поверхности, то плотность электрического заряда здесь меньше и, следовательно, меньше сила отталкивания. Од­ новременно в результате химического взаимодействия состав­ ляющих цемента появляются гидратные новообразования. В си­ стеме образуется коагуляционная структура. Завершается пер­ вый этап (индукционный).

Пластическая прочность структуры к этому моменту низка, темп нарастания ее медленный и зависит от связывания воды,, степени диспергирования цемента в воде и накапливания гидратных новообразований. Такая система тиксотропна, связи между частицами в ней обеспечиваются через гидратные обо­ лочки и поэтому слабы. После механического разрушения си­ стемы эти связи восстанавливаются. Разрушение структуры (на­ пример, в процессе перемешивания) не приводит к вредным по­ следствиям.

Второй этап характеризуется возникновением и развитием кристаллизационной структуры трехкальциевого гидроалюмина­ та ЗСаО-А12Оз-6Н20 , который кристаллизуется в кубической сингонии. Поверхность и объем частиц увеличиваются настоль­ ко, что возникают молекулярные связи между ними. Этот про­ цесс сопровождается интенсивным нарастанием прочности структуры. Связь между частицами здесь отличается высокой прочностью и необратимым характером разрушения. Разруш е­ ние структуры на этом этапе приводит к уничтожению контак­ тов срастания и резкому снижению прочности. Если перемешать раствор в достаточно поздний период твердения, то тампонаж­ ный камень может вообще не образоваться.

Длительность каждого этапа и скорость перехода первого этапа во второй обусловлены скоростью накапливания гидрат-

ных новообразований, которая зависит от водоцементного отно­ шения, качества цемента и воды затворения, наличия добавок и реагентов, условий приготовления и цементирования.

Состав и свойства цемента, как уже отмечалось, определя­ ются соотношением составляющих минералов. Характер накап­ ливания гидратных новообразований зависит во многом от ско­ рости гидратации. Многочисленные исследования показали, что ■чистые цементообразующие минералы по скорости гидратации располагаются в следующем порядке (в сторону уменьшения):

Сз^А ---- C24AF ------- ►CasS -----> CSgS.

Так как процесс цементирования сопровождается непрерыв­ ным перемешиванием цементного раствора, очень важно качест­ во схватывания раствора -в таких условиях. Во многом процесс схватывания зависит от того, в какой период твердения нача­ лось перемешивание, с какой скоростью и как долго оно проис­ ходит.

Если перемешивание продолжается достаточно долго, то схватывание может не наступить. Прореагировав, цементный раствор превратится в землистую рыхлую массу. Если переме­ шивание прекращается во время индукционного периода, то оно не препятствует схватыванию и не оказывает вредного влияния на свойства цементного камня. Напротив, он получается более плотным и прочным. При этом с увеличением длительности и интенсивности перемешивания -в пределах этого периода поло­ жительное влияние перемешивания на свойства камня возраста­ ет. По П. А. Ребиндеру, это объясняется разрушением при пе­ ремешивании возникающей в начальный период рыхлой и мало-

разрушение образующейся структуры с увеличением концентра­ ции мельчайших частиц продуктов гидратации. Появление во все возрастающем количестве таких частиц с большой удельной поверхностью значительно интенсифицирует процесс структурообразования. В результате этого сопротивление перемешиванию постепенно возрастает. Если интенсивность перемешивания не­ достаточна для полного разрушения структуры, то в некоторый момент происходит лавинное нарастание сопротивления. Время от затворения до этого момента называется временем загустевания. Продолжение перемешивания в последующий период приведет к необратимому разрушению структуры, а даже крат­ ковременная остановка — к схватыванию раствора с полной по­ терей подвижности.

В процессе цементирования загустевание раствора может привести к такому росту давления в нагнетательной линии, ко­ торое превысит технические возможности бурового насоса, и он может остановиться, что приведет к практически мгновенному

Рис. 71. Кривые загустевания це­ ментного раствора при 22°С и ин­ тенсивности перемешивания:

^ —15 об/мин; 2—60 об/мин

Рис. 72. Зависимость сроков схва­ тывания цементного раствора от тем­ пературы а и давления 6:

1—начало схватывания; 2—конец схва­ тывания

а>

схватыванию цементного раствора в скважине и нагнетательной линии.

Количественная оценка влияния перемешивания^ затруднена, так как воспроизвести при исследованиях все условия цементи­ рования практически невозможно. Представление о характере изменения скорости загустевания раствора в процессе переме­ шивания дают исследования на консистометрах (рис. 71).

Повышение температуры интенсифицирует процессы, проис­ ходящие в цементных растворах, в первую очередь вследствие усиления гидратации. Кроме того, изменяется растворимость минералов цемента в жидкой фазе, что увеличивает скорость роста гидратных новообразований. Влияние температуры на процесс схватывания цементного раствора с В /Ц = 0,4 показано на рис. 72, а .

жидкой фазе цементного раствора продуктов гидратации и гид­ ролиза соединений цемента понижает температуру ее замерза­ ния и делает возможным твердение раствора при температурах несколько ниже нуля. Полностью гидратация прекращается при температуре около — 10 °С.

Воздействие давления также сокращает сроки схватывания цементных растворов. Характер изменения сроков схватывания с ростом давления приведен на рис. 72, б.

цию. Преобладает контракция, обусловленная в основном хи­ мическими процессами.

Внешне контракция проявляется поглощением воды (или газа), находящейся в контакте с твердеющим цементным рас­ твором. При полной гидратации цементных зерен поглощение прекратится. Максимальное количество поглощенной воды (контракция) составляет 7—9 мл на 100 г и зависит от актив­ ности цемента. Чем выше активность цемента, тем выше конт­ ракция. У высокоактивных цементов контракция через 28 сут твердения достигает 50—65% предельной и в дальнейшем ее интенсивность значительно понижается. Цементы низких марок к этому сроку имеют контракцию 30—40% от предельной.

При твердении цементных растворов находящиеся с ними в соприкосновении буровые растворы и их фильтрационные корки обезвоживаются, становятся трещиноватыми, пористыми. Это объясняет явление нарушения герметичности при удачном каза­ лось бы цементировании. Поэтому при выборе свойств цемент­ ного раствора и их регулировании необходимо считаться с воз­ можными при этом характеристиками цементного камня.

Свойства цементных растворов и их регулирование

В практике бурения одна из исходных (обычно задаваемых) характеристик цементного раствора — водоцементное отноше­ ние. В зависимости от геолого-технических условий и техноло­ гии работ водоцементное отношение колеблется в пределах от 0,4 до 0,65. В указанных пределах цементные растворы подвиж­ ны и удовлетворительно перекачиваются насосами.

В полевых условиях определяют плотность (или ею задают­ ся), растекаемость, сроки схватывания, водоотдачу. В лабора­ торных условиях дополнительно измеряют консистенцию и загустевание при непрерывном перемешивании, структурную вяз­ кость и динамическое напряжение сдвига, пластическую проч­ ность (для гидравлических расчетов), седиментационную устой­ чивость.

Для тампонажных растворов, состояших только из воды и обычного портландцемента, нормальные свойства находятся в пределах: плотность 1,75— 1,95 г/см3, растекаемость 18—25 см* сроки схватывания: начало — до 5,5 ч, конец схватывания — до 8 ч (при В /Ц = 0,4), водоотдача — до 300 см3. Консистенция 15^- 20 уел. ед., структурная вязкость 0,04— 0,08 П а-с, динамическое напряжение сдвига 6— 12 Па, седиментационная устойчивость до 2,5%.

Необходимо указать на свойство цементных растворов изме­ нять свои параметры на контакте с промывочной жидкостью в скважине при цементировании. Особенно значительно меняются свойства на контакте с глинистыми растворами. При этом могут образоваться густые пасты, вязкость которых в десятки и сотни раз больше вязкости исходных компонентов, что приводит к увеличению давления при цементировании и ухудшению каче­ ства работ. Величина зоны загустевания раствора определяется составом компонентов и условиями цементирования. По мере движения сгустившейся смеси наблюдается ее разжижение, скорость которого обусловлена составами цементного раствора и промывочной жидкости. Наименьшая скорость разжижения при наличии в растворах полимеров, наибольшая — в присутст­ вии ПАВ и нефти.

Для оценки возможности и характера загустевания в сква­ жине цементного раствора с промывочной жидкостью готовят наиболее густую смесь и определяют ее растекаемость. Если «последняя менее 16— 18 см, необходимо при возможности изме­ нить состав цементного раствора, взять другой цемент, напри­ мер шлаковый, или комбинировать другие компоненты. Если растекаемость увеличить не удалось, рекомендуется применять буферную жидкость для разделения цементного раствора и про­ мывочной жидкости.

Все свойства цементных растворов в широких пределах ре­ гулируются содержанием и составом твердой фазы. Использу­ ются смеси цементов, добавки других вяжущих веществ, глин, химических реагентов, минеральных и органических наполни­ телей. Добавки этих веществ изменяют и свойства цементного камня. Характер действия веществ, используемых для регулиро­ вания свойств цементных растворов, остается в целом аналогич­ ным и для других тампонажных составов, содержащих цемент в качестве составляющей твердой фазы.

ного отношения; 2) введения в раствор добавок, требующих по­

пределах, так как при этом резко ухудшается седиментационная устойчивость, растут водоотдача и сроки схватывания. Так, при увеличении водоцементного отношения с 0,45 до 0,6 при плотности цемента 3,1 г/см3 плотность цементного раствора уменьшится всего на 0,17 г/см3.

Введение добавок, требующих повышенного содержания во­ ды в растворе, позволяет регулировать плотность цементного раствора в более широких пределах, так как водоцементное от­ ношение можно повысить до 0,8. В качестве таких добавок наи­ более распространены глины, особенно высококачественные.

При помоле неорганических облегчающих добавок плотность цементного раствора может быть уменьшена до 1,3 г/см3. Орга­ нические наполнители используются в основном как закупори­ вающий материал при цементировании зон поглощений. Так как концентрация наполнителей в растворе невелика (до 5% ), существенного понижения плотности при их введении добиться не удается.

Аэрация цементных растворов проводится при цементирова­ нии поглощающих интервалов и реализуется компрессорным методом, путем взрыва заряда взрывчатого вещества в сква­ жине в растворе, введением в раствор перед закачкой порошка

.алюминия. Аэрацией можно в широких пределах регулировать плотность цементных растворов.

Регулирование сроков схватывания цементных растворов за­ ключается как в их уменьшении, так и в их увеличении. К со­ кращению сроков схватывания стремятся при цементировании поглощающих зон, а также с целью уменьшения времени на ожидание затвердения цементного раствора в случаях, когда это не приводит к значительному уменьшению прочности цементно­ го камня.

Замедлители схватывания приходится добавлять, когда есть опасение, что раствор начнет загустевать до окончания закачки. Это может быть обусловлено составом цементного раствора, а также повышенными температурой и давлением.

Увеличение содержания активной твердой фазы приводит к значительному уменьшению сроков схватывания. Однако воз­ можности здесь ограничены, так как при этом резко возрастают реологические показатели, уменьшается растекаемость и раст­ вор может оказаться непрокачиваемым.

В некоторых пределах можно уменьшать и увеличивать сро­ ки схватывания, подбирая смеси цементов. Так, смеси портланд­ цемента с глиноземистым, а особенно с гипсоглиноземистым,