вестково-кремнеземистых. Известковые растворы применяются при борьбе с поглощениями (В/Т=0,4-ь0,45), и для тампониро­ вания глубоких высокотемпературных скважин (Б /Г = 0,5—

-0 ,5 5 ).

Для повышения стабильности в них вводят небольшие ко­ личества глинистого раствора. Известково-глинистые растворы содержат в качестве твердой фазы известь и бентонитовую гли­ ну в соотношении от 1 :5 до 1 :3 . Для повышения текучести в раствор с водой затворения вводят до 8% ССБ. Применяются и известково-песчаные растворы, содержание песка в которых до­ ходит до 200%. Известковые растворы используются редко.

§9. ТАМПОНАЖНЫЕ РАСТВОРЫ НА ОСНОВЕ ГЛИН

Ктампонажным растворам на основе глин в первую очередь относятся глинистые растворы с повышенным содержанием твер­ дой фазы и добавками структурообразователей, которые образу­ ют в растворах нетвердеющие, но упрочняющиеся во времени коагуляционные структуры. Наиболее распространены в качест­ ве структурирующих добавок цемент, жидкое стекло, гипс, але­ бастр, а также их комбинации. Д ля улучшения тампонирующих свойств вводят наполнители. Свойства таких растворов регули­ руются в широких пределах как содержанием глины в исход­ ном глинистом растворе, так и видом и количеством структурообразователя.

Для нетвердеющих составов очень важно подобрать такую рецептуру, которая бы обеспечивала необходимый рост проч­ ностных характеристик при упрочнении структуры раствора в трещинах и в то ж е время минимально сказывалась на всасы­ вающих возможностях насосов. Не менее важны и реологиче­ ские свойства, так как они определяют условия растекания рас­ твора в трещинах и величину потерь давления *в нагнетательной линии.

Основные характеристики тампонажных растворов на основе

глин — плотность, растекаемость, статическое напряжение сдви­ га, пластическая прочность и характер ее изменения во времени. Эти растворы применяются для борьбы с поглощениями.

Глиноцементные растворы

Глиноцементные растворы широко применяются вследствие технологичности приготовления и использования и простоты ре­ гулирования свойств. Они представляют собой глинистый рас­ твор со структурирующей добавкой, в качестве которой исполь­ зуется тампонажный цемент или комбинация цемента с жидким стеклом.

Глиноцементные растворы при высоких структурно-механиче­ ских и закупоривающих свойствах хорошо прокачиваются насо­ сами, так как в поглощающую зону они нагнетаются в основном

через бурильные трубы. По прочностным свойствам структуры и характеру нарастания прочности во времени они занимают промежуточное положение между глинистыми и цементными рас­ творами.

Глиноцементные растворы, перекачиваемые насосом, тампо­ нажного камня не дают, конечный продукт упрочнения — глино­ подобная масса, надежно перекрывающая каналы ухода промы­ вочной жидкости. В этом случае большое значение имеют уп­ рочнение структуры раствора, структурообразование, стабилиза­ ция.

По интенсивности воздействия структурирующих добавок на структурно-механические характеристики глиноцементных рас­ творов глины располагаются в следующем порядке: бентонито­ вые, иллитовые и каолиновые. Однако бентонитовые глины очень чувствительны к добавкам, вследствие чего сложно регулиро­ вать структурно-механические свойства при сохранении прокачиваемости растворов на базе бентонитовых глин. Поэтому для практики больше приемлемы менее качественные глины, колеба­ ния свойств которых при отклонениях от рецептуры не столь

Наибольшее значение для интенсивности роста прочности структуры глиноцементных растворов имеет содержание глины. Д ля примера на рис. 74 приведен характер изменения прочно*

сти структуры (пластической прочности) тампонажного раство­ ра в зависимости от плотности исходного глинистого раствора, приготовленного из глин Дружковского месторождения; время стабилизации 60 мин. При росте плотности исходного глинисто­ го раствора с 1,16 до 1,21 г/см3 (что соответствует увеличению содержания глины на 31% ) пластическая прочность структуры повышается в 2 рази при содержании цемента 30 г/л, почти в 2,5 раза при содержании цемента бОг/л и в 2,7 раза при содер­ жании цемента 90 г/л.

Аналогичным образом, но при меньших добавках (от 5 до 15 г/л) действует жидкое стекло.

При введении наполнителей тампонажный раствор остается вязкопластичным на всех этапах упрочнения структуры. Допол­ нительно появляется закупоривающий эффект, который приво­ дит в конечном счете к уменьшению расхода тампонажного рас­ твора. Гидрофильные наполнители (древесные опилки, кожа- «горох», подсолнечная лузга) активно влияют на характер ро­ ста прочности структуры тампонажных растворов, повышая ста­ тическое напряжение сдвига и пластическую прочность. В при­ сутствии цемента влияние гидрофильных наполнителей резко возрастает. Это объясняется обезвоживанием дисперсной систе­ мы вследствие впитывания воды наполнителями. Для глинистых растворов это аналогично повышению содержания глинистой фазы, для тампонажных растворов — уменьшению водотвердого отношения.

Наиболее приемлемы в качестве наполнителя древесные опил­ ки как материал недефицитный и не влияющий в такой степени, как другие наполнители, на работу буровых насосов. Они явля­ ются наиболее активными по степени воздействия на интенсив­ ность роста прочности структуры.

На рис. 75 приведен характер влияния жидкого стекла, на­ полнителя и их комбинаций с добавками цемента на прочность структуры раствора через 1 ч стабилизации при изменении со­ держания глины в исходном глинистом растворе и содержании цемента 60 кг/м3.

Реологические показатели глиноцементных растворов с ро­ стом содержания структурирующих добавок значительно увеличиваются. Так, добавка 30 кг/м3 цемента приводит к увеличе­ нию структурной вязкости на 18—20%, динамического напряже­ ния сдвига в 2—4 раза, что ведет к значительному повышению гидравлических сопротивлений при перекачке глиноцементных растворов. Упрочняясь, они остаются телами Шведова — Бин­ гама.

Глинистые пасты

Нередко для ликвидационного тампонирования и борьбы с поглощениями используются пластичные глины и глинистые па­ сты. Пластичные глины используются в виде шариков, забра­

сываемых с поверхности или доставляемых в колонковых тру­ бах. Глинистые пасты представляют собой составы с высоким содержанием твердой фазы. Наиболее проста смесь глины с во­ дой в соотношении от 1:0,5 до 1:1 . Такие пасты являются непрокачиваемыми системами и доставляются в зону тампониро­ вания заливкой через устье и в колонковых трубах. Свойства глинистых паст не контролируются.

быстро густеет, образуя плотную липкую массу, которая не име­ ет растекаемости по конусу АзНИН-

Глинистые пасты на нефтяной основе представляют собой смесь глинопорошка (обычно бентонита) и дизельного топлива или нефти в соотношении примерно 1 :1 . При смешивании такой тампонирующей смеси с промывочной жидкостью в скважине глина гидратируется и образуется прочная пластичная масса. Смесь довольно легко прокачивается насосом и проходит в тре­ щины проницаемого пласта. При закачке соляро-бентонитовых паст через бурильные трубы для ускорения гидратации в затрубное пространство заливают воду или глинистый раствор примерно с такой же подачей.

В последние годы начинают применять глинистые пасты с полимерными коагулирующими добавками, что позволяет полу­ чать высококонсистентные составы при относительно неболь­ шом содержании твердой фазы.

Глава XIII

ТАМПОНАЖНЫЕ РАСТВОРЫ НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Большинство из таких растворов представляет собой составы на основе высокомолекулярных органических соединений и при­ меняется главным образом для изоляции поглощающих горизон­ тов, реже для закрепления горных пород и установки мостов в скважинах.

§ I. ТАМПОНАЖНЫЕ СМЕСИ НА ОСНОВЕ СИНТЕТИЧЕСКИХ СМОЛ

Твердеющие смеси

Наиболее распространенные тампонажные смеси на основе синтетических смол — быстротвердеющие смеси (БТС). Они подчиняются закону течения Ньютона. Простейший тампонаж­ ный состав— смесь смолы с отвердителем, однако чаще смолы разбавляют водой. Это позволяет удешевить состав, повысить

его проникающую способность. Приготовление таких смесей сво­ дится к разбавлению исходной смолы водой и последующему перемешиванию с отвердителем перед использованием.

Тампонажные смеси на основе синтетических смол оценива­ ются плотностью, вязкостью, растекаемостью, началом загустевания (гелеобразования), временем твердения или началом по­ лимеризации и концом полимеризации. Тампонажный камень характеризуется внешним видом и прочностными характеристи­ ками. Плотность тампонажной смеси измеряется ареометром АГ-ЗПП, вязкость—гвискозиметром ВБР-5, растекаемость — по конусу АзНИИ. Сложнее обстоит дело с оценкой других пара­ метров, так как они связаны с кинетикой отверждения.

Так, для наиболее распространенных карбамидных смол ки­ нетика застудневания и твердения выглядит следующим обра­ зом. В неотвержденном состоянии мочевиноформальдегидные смолы представляют собой коллоидные растворы с глобулами диаметром 0,02—0,05 мкм из цепных макромолекул метилольных соединений. При введении отвердителей начинается процесс структурообразования, который можно подразделить на три эта­ па (стадии).

1.Стадия свободнодисперсной структуры, отличающаяся по­ стоянством значений вязкости.

2.Стадия связно-дисперсная, включающая фазы скрытой коагуляции и гелеобразования. На стадии скрытой коагуляции глобулы соединяются в коллоидные агрегаты без выделения их из раствора. В период гелеобразования из золя непрерывно вы ­ деляются продукты коллоидной агрегации с образованием жест­ кого пространственного каркаса. Следует отметить, что при не­ благоприятном (малом) соотношении компонентов золя количе­ ство продуктов коллоидной агрегации может оказаться недоста­

точным для образования жесткого каркаса. Тогда происходит их седиментация.

3. Стадия упрочнения структурных связей соответствует ла­ винному нарастанию структурной прочности с агломерацией структурных элементов до образования сплошной аморфной массы.

Стадийно происходит отверждение и других синтетических смол. Стадии переходят одна в другую постепенно, что не позво­ ляет четко разграничить продолжительность каждой. Так, на­ чало гелеобразования определяется визуально. Степень загустевания в процессе отверждения измеряется на консистометре. Для оценки времени твердения используется игла Вика, хотя это измерение весьма несовершенно: игла может свободно прохо­ дить до основания конуса в почти затвердевшую смолу. Все это затрудняет оперативную оценку технологических свойств тампо­ нажных смесей на основе синтетических смол и требует разра­ ботки новых методов исследований.

Заслуживает внимания метод измерения времени «начала твердения» по изменению электропроводимости тампонажной

смеси в момент, соответствующий началу интенсивного структурообразования. Однако общего признания метод не получил.

Основные свойства раствора и конечного продукта регули­ руют изменением количества воды и отвердителя. Д ля повыше­ ния плотности тампонирующих растворов из синтетических смол в них часто вводят наполнители. Повышение температуры интен­ сифицирует процессы отверждения.

На рис. 76 приведен характер изменения сроков твердения тампонажных растворов из смолы МФ-17 в зависимости от кон­ центрации смолы и отвердителя (соляной кислоты). Как следу­ ет из рис. 76, с увеличением содержания воды в растворе до 40% при концентрации отвердителя 3% время твердения воз­ растает примерно в 5 раз.

На рис. 77 приведен характер влияния температуры на вре­ мя твердения смолы МФ-17, отвержденной 8% соляной кислоты, а на рис. 78 — характер влияния на сроки твердения тампонаж­ ного раствора из смолы МФ-17 наиболее водопотребляющего наполнителя — бентонитового.

Карбамидные смолы, особенно в смеси с водой, дают при затвердевании камень низкого качества со значительной усад­ кой. Исследования показывают,' что в тех случаях, когда смола отвердевает в короткий срок (до 2—3 мин), камень в течение 7— 10 дней дает трещины.

Добавкой некоторых компонентов и их комбинацией можно регулировать пластические свойства, скорость гелеобразования и усадку тампонажного камня.