CC BY
9УДК 622.24
А.С. Бубнов, заведующий лабораторией проектирования строительства скважин, Центр подготовки и переподготовки специалистов нефтегазового дела Института природных ресурсов, e-mail: bubnovas@niitek.ru; И.А. Бойко, заведующий лабораторией, Испытательная научно-инновационная лаборатория «Буровые промывочные и тампонажные растворы» (ИНИЛ «БПиТР»), e-mail: boykoia@niitek.ru; И.Н. Барышев, инженер лаборатории ИНИЛ «БПиТР», e-mail: baryshevin@niitek.ru; В.С. Хорев, к.т.н., инженер лаборатории ИНИЛ «БПиТР», e-mail: vhorev@sibmail.com
Исследование реологических характеристик и водоотделения облегченного тампонажного раствора с облегчающей добавкой вермикулит вспученный
Статья посвящена применению вермикулита вспученного в облегченных тампонажных материалах для снижения плотности раствора. В рамках статьи рассмотрено влияние вермикулита вспученного на реологические характеристики тампонажного раствора. Исследованы зависимости времени загустевания, растекаемости и водоотделения при различных концентрациях вермикулита вспученного.
Ключевые слова: вермикулит, растекаемость, тампонажный материал, водоотделение, время загустевания.
Актуальность выполненных исследований можно обусловить активным бурением в сложных геологических и географических условиях (многолетне-мерзлые породы, болотистая местность, высокопроницаемые горизонты, породы с низким коэффициентом гидроразрыва и т.д.).
В процессе цементирования скважины периодически возникают проблемы (поглощение цементного раствора, слабое сцепление цементного камня, потеря циркуляции и т.д.), связанные с неправильно подобранными параметрами тампонажного раствора или рецептурой. К примеру, из-за неправильно выбранных реологических характеристик тампонажного раствора могут возникать неоднородности по плотности и прочности в цементном камне (по стволу скважины), слабое сцепление с обсадной колонной, открытые или закрытые поровые каналы, способствующие заколонным перетокам, проблемы, возникающие в момент затворения (высокая вязкость, коагуляция раствора) или продавки раствора (потеря циркуляции, высокое рабочее давление и т.д.). Для предупреждения
подобных ситуаций необходимо обеспечивать соблюдение характеристик тампонажного раствора в соответствии с требованиями нормативных документов. Первоначально для приготовления облегчающих тампонажных материалов авторами было предложено использование вермикулита вспученного как добавки для снижения удельного веса тампонажного раствора. Следующим этапом стало исследование реологических характеристик тампонажного раствора при добавлении разных кон-
центраций вермикулита вспученного. Замер параметров тампонажного раствора выполнялся по ГОСТ 26798.1-96. В качестве оборудования для регистрации параметров использовались форма-конус и измерительный столик, представленные на рисунке 1. Определение растекаемости приготовленного цементного теста осуществлялось с помощью формы-конуса и измерительного столика. Измерительный столик, установленный горизонтально по уровню, был снабжен шкалой, пред-
а) б)
Рис. 1. Форма-конус
а) пробирка, заполняемая цементным тестом; б) внешний вид формы-конуса
CONSTRUCTION
ставляющей собой концентрические окружности с минимальным диаметром 70 мм и максимальным - не менее 250 мм. В конус заливался объем цементного теста, поднимавшийся таким образом, чтобы тесто растекалось по поверхности столика. После этого измерялись крайние значения границ растекшегося раствора. Определение водоотделения осуществлялось путем добавления в мерный цилиндр цементного теста и выдерживания в неподвижном состоянии 120 минут, после чего измерялось количество воды, выделившейся на поверхности цементного теста. Результаты экспериментов предсталены в таблице 1 [1, 3].
Данные результаты показывают, что использование вермикулита вспученного в диапазоне 5-25% не приводит к статистическому изменению параметров (растекаемость, водоотделе-ние). Следует отметить, что в момент приготовления цементного теста периодически наблюдался эффект всплытия вермикулита на поверхность, это позволяет сделать предварительный
вывод, что имеется необходимость в использовании связующей добавки, которая будет препятствовать эффекту всплытия.
Результаты также свидетельствуют, что при изменении концентрации вермикулита вспученного не наблюдается
статистической зависимости между процентным соотношением добавленного вермикулита вспученного и количеством выделившейся воды. Отсутствие закономерности в полученных результатах водоотделения там-понажного раствора (при изменении
Ж
17-19
ФЕВРАЛЯ 2015 МОСКВА
ТЕПЕРЬ
В КРОКУС ЭКСПО!
Организаторы:
ршпехро ИНД group пс
Тел. +7 (812) 380 6002/00 ndt@primexpo.ru
14-Я МЕЖДУНАРОДНАЯ ВЫСТАВКА
НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ И ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА В ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Получите
электронный билет!
www.ndt-russia.ru
на правах рекламы
Таблица 2. Результаты исследования времени загустевания тампонажного раствора
Таблица 1. Результаты исследования реологических характеристик тампонажного раствора при добавлении разных концентраций вермикулита вспученного
№ Состав тампонажного материала, % Плотность, г/см3 Растекаемость, мм Водоотделение, мл
ПЦТ I-100 Вермикулит фракцией 0,3 » 0,5 мм
1 95 5 1,45 250 7
2 90 10 1,44 250 7
3 85 15 1,40 250 6,1
4 80 20 1,39 250 8
5 75 25 1,38 250 5,2
№ ПЦТ I-100 Вермикулит, смешанная фракция
1 95 5 1,43 250 4,7
2 90 10 1,39 250 2,7
3 85 15 1,36 250 1,6
4 80 20 1,32 250 0,5
5 75 25 1,29 250 0,5
ПЦТ I-100 Вермикулит фракцией » 0,15 мм
1 95 5 1,49 250 11,5
2 90 10 1,48 250 7,4
3 85 15 1,47 230 6
4 80 20 1,45 160 8,5
5 75 25 1,43 145 10
№ Состав тампонажного материала, % Плотность, г/см3 Время загустевания, мин
1 ПЦТ I-100 Вермикулит, смешанная фракция
95 5 1,43 140
2 ПЦТ I-100 Вермикулит, фракция 0,15-0,3 мм
95 5 1,45 153
3 ПЦТ I-100 Вермикулит, смешанная фракция
90 10 1,39 150
4 ПЦТ I-100 Вермикулит, фракция 0,15-0,3 мм
90 10 1,44 163
5 ПЦТ I-100 Вермикулит, фракция » 0,15 мм
90 10 1,48 165
6 ПЦТ I-100 Вермикулит, смешанная фракция
85 15 1,36 153
7 ПЦТ I-100 Вермикулит, фракция » 0,15 мм
85 15 1,41 170
8 ПЦТ I-100 Вермикулит, фракция 0,15-0,3 мм
75 25 1,42 162
концентраций и фракций вермикулита вспученного) скорее можно объяснить наличием не связанной воды, которая может образовываться между чешуйками вермикулита за счет капиллярного эффекта в момент приготовления цементного теста.
Следующим этапом было исследование времени загустевания тампонажного раствора. Во время проведения экспериментов все измерения проводились с помощью консистометра, работающего при атмосферном давлении, для испытания цементов, предназначенных для низких,
нормальных и умеренных температур. Частота вращения перемешивающей лопатки консистометров составляла 150±5 об./мин. Внешний вид консистометра представлен на рисунке 2. Эксперимент выполнялся путем затво-рения цементного теста в стакан конси-
CONSTRUCTION
Рис. 3. Тенденция изменения времени загустевания
стометра до отметки на его внутренней стороне, после чего происходило перемешивание цементного теста лопаткой консистометра, и определения времени, в течение которого вязкость цементного теста достигала значения 30. Во время эксперимента учитывалась температура (Т = 75 °С исходя из среднего значения умеренных температур в скважинных условиях). Результаты выполненного эксперимента представлены в таблице 2 [2-4] и на рисунке 3. Значения, полученные в ходе экспериментов, позволяют сделать предварительный вывод, что с увеличением концентрации вермикулита вспученного в тампонажном растворе наблюдается увеличение времени загустевания. Полученные результаты показывают, что изменение размера фракции добавленного вермикулита вспученного в пределах от 0,15 до 0,6 мм не приводит к значительному изменению времени загустевания.
основные выводы
1. Результаты экспериментов показывают, что добавление вермикулита вспученного в тампонажный материал в качестве облегчающей добавки в диапазоне 5-25% не приводит к
значительному изменению реологических параметров тампонажного раствора (растекаемость, водоотделение). Также следует отметить, что в момент приготовления цементного теста периодически наблюдалось всплытие вермикулита, что позволяет сделать вывод о необходимости использования связующей добавки, которая будет препятствовать эффекту всплытия. 2. При изменении концентрации вермикулита вспученного не наблюдается статистической зависимости между процентным соотношением добавлен-
ного вермикулита вспученного и количеством выделившейся воды. 3. Результаты экспериментов позволяют сделать предварительный вывод, что с увеличением концентрации вермикулита вспученного в тампонажном растворе увеличивается и время загустевания тампонажного раствора. Однако изменение размера фракции частиц добавленного вермикулита вспученного в пределах 0,15-0,6 мм не приводит к значительному изменению времени загустевания тампонажного раствора.
Литература:
1. ГОСТ 12865-67 «Вермикулит вспученный».
2. ГОСТ 1581-96 «Портландцементы тампонажные. Технические условия».
3. ГОСТ 26798.1-96 «Цементы тампонажные. Методы испытаний».
4. Instruction manual «Recording Atmospheric Consistimeter OFFITE».
UDC 622.24
A.S. Bubnov, Head of Laboratory, Well Construction Design, Center of Oil and Gas Specialists Professional Re-training of the Natural Resources Institute, e-mail: bubnovas@niitek.ru; I.A. Boyko, Head of Laboratory, Testing scientific and innovation laboratory Drilling flushing mud and slurry, e-mail: boykoia@niitek.ru; I.N. Baryshev, Engineer of Laboratory, Testing scientific and innovation laboratory Drilling flushing mud and slurry, e-mail: baryshevin@niitek.ru; V.S. Horev, Candidate of Science (Engineering), Engineer of Laboratory, Testing scientific and innovation laboratory Drilling flushing mud and slurry, e-mail: vhorev@sibmail.com
Research into rheological characteristics and water tapping of lightweight cementing slurry with expanded vermiculite lightweight
The article is dedicated to application of expanded vermiculite in lightweight plugging materials to reduce the slurry density. The article deals with the effect of the expanded vermiculite on rheological characteristics of cementing slurry. The thickening time, spreadability and water trapping dependencies given different concentrations of the expanded vermiculite are studied. Keywords: vermiculite, spreadability, plugging material, water trapping, thickening time.
References:
1. GOST 12865-67 «Vermikulit vspuchennyi» («Expanded vermiculite»).
2. GOST 1581-96 «Portlandtsementy tampnazhnye. Tekhnicheskie usloviya» («Oil Well Portland Cements. Specifications»).
3. GOST 26798.1-96 «Tsementy tamponazhnye. Metody ispytanyi» («Oil Well Cements. Test Methods»).
4. Instruction manual «Recording Atmospheric Consistimeter OFFITE».
ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ № 11 ноябрь 2014
73
