CC BY
6
№ 1 (106)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
январь, 2023 г.
ЭНЕРГЕТИКА
ПОЛУЧЕНИЕ СТАБИЛИЗИРОВАННОГО ОБЛЕГЧЕННОГО ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
И ГОРНЫХ ПОРОД
Эшпулатов Тура Поёнович
канд. техн. наук, ст. аналитик Департамента строительства и проектирования АО «Узбекнефтегаз», Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: turapayanovich@gmail. com
OBTAINING A STABILIZED LIGHTWEIGHT CEMENT SLURRY BASED ON INDUSTRIAL WASTE AND ROCKS
Tura Eshpulatov
Candidate of technical sciences, Senior Analyst of the Department construction and design JSC "Uzbekneftegaz" Republic of Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
В статье рассмотрены проблемы получения стабилизированного облегченного тампонажного раствора на основе отходов промышленности и горных пород. Результаты проведенных лабораторных исследований показали, что применение полимерных реагентов, таких как КМЦ-700 и ПАА, способствует получению стабильных тиксотропных тампонажных растворов с минимальными значениями показателя фильтрации. Однако перед приготовлением тампонажных растворов с пониженной плотностью следует приготовить водные растворы вышеуказанных полимерных реагентов на глиномешалке или гидромешалке буровой установки.
ABSTRACT
The article deals with the problems of obtaining a stabilized lightweight grouting slurry based on industrial waste and rocks. The results of laboratory studies have shown that the use of polymeric reagents such as CMC-700 and PAA contribute to the production of stable thixotropic cement slurries with minimal values of the filtration index. However, before preparing cement slurries with a reduced density, aqueous solutions of the above polymeric reagents should be prepared on a clay mixer or hydraulic mixer of a drilling rig.
Ключевые слова: скважина, бурение, вскрытие, давление, раствор, вода, цемент, глина, отложение, цементирование, испытание, вязкость, напряжение.
Keywords: well, drilling, opening, pressure, solution, water, cement, clay, deposits, cementing, testing, viscosity, stress.
Одним из важнейших факторов повышения качества разобщения пластов в различных геолого-технических условиях является обязательное применение стабилизированных седиментационно устойчивых, обладающих пониженной водоотдачей тампонажных растворов.
Обычные необработанные химическими реагентами тампонажные растворы имеют высокий показатель фильтрации, что приводит к потере значительного количества жидкости затворения вследствие отфильтровывания в проницаемые пласты и в результате уменьшения общего объема раствора. По мере потери водной фазы тампонажная смесь становится более вязкой, для перемещения ее в затруб-ном прокачивание требуется более высокое давление.
Следствием этого могут быть гидроразрывы проницаемых пород и недохождение тампонажного раствора до проектной отметки.
Кроме того, высокая водоотдача тампонажного раствора приводит к нарушению эксплуатационных характеристик пород коллекторов вследствие проникновения фильтрата различной степени минерализации и высокой щелочности (рН=11,0—13,5). Если коллектор содержит глинистый материал, то гидроксильный ион может вызывать расслоение с образованием мелких закупоривающих частиц [3]. Если же глинистый материал отсутствует, то и в этом случае проникшая щелочная водяная фаза вызывает растворение силикатной матрицы песчаника,
Библиографическое описание: Эшпулатов Т.П. ПОЛУЧЕНИЕ СТАБИЛИЗИРОВАННОГО ОБЛЕГЧЕННОГО ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ГОРНЫХ ПОРОД // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2023. 1(106). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/14841
№ 1 (106)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
январь, 2023 г.
из которого сложен продуктивный горизонт. В результате этого в продуктивном пласте образуются мелкие подвижные частицы. Смешение в зоне проникновения фильтрата тампонажного раствора с водной фазой бурового раствора и пластовыми флюидами также приводит к осаждению высокодисперсных частиц и снижению проницаемости при скважинной части продуктивного пласта.
Для положительного решения вышеперечисленных проблем, а также сохранения коллекторских свойств пласта от загрязнения фильтратами тампонажного раствора следует уменьшить объем фильтрата, проникающего в породу, а это тоже, в свою очередь, зависит от фильтрационных свойств тампонажного раствора. Снизить фильтрацию тампонажных растворов можно путем добавления в них тонкодисперсных гидрофильных материалов либо путем связывания дисперсной фазы добавками химических реагентов. Второе направление получило развитие в последние годы. Для этих целей было разработано множество полимерных реагентов различного функционального назначения [5].
Использование полимерных реагентов в определенных условиях предпочтительнее, поскольку наряду с повышением стабильности, седиментаци-онной устойчивости, снижением водоотдачи проявляются такие факторы, как лучшее заполнение затрубного пространства за счет возможности осуществления более легкого пробкового режима про-давливания и повышения устойчивости цементного камня к ударным нагрузкам, а также значительное снижение газопроницаемости цементного камня.
Проблема выбора и оптимизации составов там-понажных растворов для разобщения продуктивных пластов обусловливается отсутствием достаточно обоснованных рекомендаций относительно допустимых значений показателя фильтрации, позволяющих, с одной стороны, предотвратить глубокое проникновение жидкости затворения в коллекторы, а с другой -формировать камень в заданные сроки с требуемыми прочностными характеристиками. Как известно, тип и количество реагентов выбираются исходя из необходимости получения наименьших значений показателя фильтрации за 30 минут допустимой степени изменения остальных параметров.
Требования к показателю фильтрации определяются в основном при цементировании пластов с проницаемостью Кпр >5мД (не более 150 см3 за 30 минут при ДР=0,7 МПа), а также в процессе цементирования колонн с расхаживанием, оснащенных скребками, и для производства изоляционных работ под давлением (не более 50 см3 за 30 мин). Другие условия крепления скважин водоотдача тампонажных растворов не регламентируются. Согласно рекомендациям зарубежных исследователей [31, водоотдача тампонажных
растворов при моделируемых забойных условиях должна быть не более 100 см3 за 30 мин.
Следует иметь в виду, что при наличии в интервалах песчаников низкопроницаемого гидроизоляционного экрана в виде зоны кольматации и наличии тонкой прочной фильтрационной корки рекомендуется предъявлять менее жесткие требования к показателю фильтрации тампонажного раствора. Специальными исследованиями установлено, что в этом случае ограничение водоотдачи суспензий портландцемента до 120-150 см3 за 30 мин добавками солестойких полимерных реагентов исключает коагуляцию и увеличение проницаемости системы «зона кольматации - корка», а скорость фильтрации сохраняется невысокой [2].
Кроме вышеперечисленного, применение полимерных реагентов для снижения водоотдачи тампонажных растворов способствует получению цементного камня с низкой газопроницаемостью. Добавки с большой удельной поверхностью, которые применяются при приготовлении облегченных тампонажных растворов, обладают способностью обезвоживания во время твердения цементного камня [1].
Учитывая эти обстоятельства, нами при проведении экспериментальных исследований по разработке составов облегченных тампонажных растворов с удельным весом 1400-1600 кг/м3 особое внимание уделялось получению тампонажных растворов с минимальным значением показателя водоотдачи с целью обеспечения низкой газопроницаемости, высокой прочности и расширяющим эффектом образуемого цементного камня. В частности, при проведении лабораторных исследований использовались негидролизованный полиакриламид (ПАА) и КМЦ-700, а также облегчающие добавки -ракушечный известняк, зола уноса ТЭЦ «Нуробод», вспученный вермикулит, дозировки их были подобраны на основании лабораторных работ.
Для исследования влияния КМЦ-700 и ПАА на свойства облегченных тампонажных растворов использовались водные растворы полимерных реагентов в количестве от 0,1 до 2,0% объема сухой смеси. Результаты проведенных лабораторных исследований приводятся в табл. 1-3.
Как видно из данных табл. 1-3, увеличение содержания полимерных реагентов способствует уменьшению показателя фильтрации облегченных тампонажных растворов. Однако вместе с этим для сохранения прокачиваемости тампонажных растворов увеличивалось содержание жидкости затворения, которое в значительной мере снижало величину удельного веса исследуемых растворов.
• 7universum.com
UNIVERSUM:
, ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_январь. 2023 г.
Таблица 1.
Свойства облегченного тампонажного раствора на основе золы уноса ТЭЦ «Нуробод» с полимерными реагентами
№ 1 (106)
Показатели Т, °С КМЦ-700, % ПАА, %
0 0,1 0,25 0,5 1,0 2,0 0 0,1 0,25 0,5 1,0 2,0
Растекаемость, см 20 22 21 20 21 22 22 22 21 21 21 22 22
Удельный вес, кг/м3 20 1560 1560 1560 1210 1450 1400 1560 1550 1500 1470 1420 1350
Водоотдача, см3/30 мин 20 40 40 40 25 18 10 40 40 35 20 14 8,0
Время загустевания, ч-мин 75 1-10 2-20 3-00 3-30 4-00 5-00 1-10 2-30 3-20 3-50 4-30 6-00
Таблица 2.
Свойства облегченного тампонажного раствора на основе ракушечного известняка
с полимерными реагентами
Показатели Т, °С КМЦ - 700, % ПАА, %
0 0,1 0,25 0,5 1,0 2,0 0 0,1 0,25 0,5 1,0 2,0
Растекаемость, см 20 22 21 20 21 21 21 22 21 21 21 22 22
Удельный вес, кг/м3 20 1600 1600 1600 1550 1490 1450 1600 1590 1570 1510 1470 1450
Водоотдача, см3/30 мин 20 40 40 35 20 15 8,0 40 40 32 18 12 7,0
Время загустевания, ч-мин 75 1-00 2-00 2-40 3-10 4-50 4-40 1-00 2-20 3-00 4-50 4-50 6-10
Таблица 3.
Свойства облегченного тампонажного раствора на основе вспученного вермикулита
с полимерными реагентами
Показатели Т, 0С КМЦ - 700, % ПАА, %
0 0,1 0,25 0,5 1,0 2,0 0 0,1 0,25 0,5 1,0 2,0
Растекаемость, см 20 22 22 21 21 22 22 22 22 21 22 22 22
Удельный вес, кг/м3 20 1400 1400 1400 1350 1300 1250 1400 1400 1390 1340 1280 1230
Водоотдача, см3/30 мин 20 40 40 40 25 18 10 40 40 35 20 16 8,0
Время загустевания, ч-мин 75 1-00 1-40 2-30 3-00 3-40 4-20 1-00 1-50 2-40 3-40 4-40 5-40
При повышении содержания полимерных реагентов КМЦ-700 и ПАА прочность цементного камня возрастает, и при концентрации 1,0% от веса
смеси наблюдается максимум прочности. Дальнейшее повышение количества полимерных реагентов приводит к уменьшению прочности цементного камня.
№ 1 (106)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
январь, 2023 г.
1 - тампонажныйраствор из чистого портландцемента; 2 - облегченный тампонажныйраствор на основе золы уноса ТЭЦ «Нуробод»; 3 - облегченный тампонажный раствор на основе ракушечного известняка; 4 - облегченный тампонажный раствор на основе вспученного вермикулита
Рисунок 1. Влияние полимерного реагента КМЦ-700 на прочность при изгибе цементного камня
тампонажных растворов
1 - тампонажный раствор из чистого портландцемента; 2 - облегченный тампонажный раствор на основе золы уноса ТЭЦ «Нуробод»; 3 - облегченный тампонажный раствор на основе ракушечного известняка; 4 - облегченный тампонажный раствор на основе вспученного вермикулита
Рисунок 2. Влияние полимерного реагента КМЦ-700 на прочность при сжатии цементного камня
тампонажных растворов
№ 1 (106)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
январь, 2023 г.
1 - тампонажныйраствор из чистого портландцемента; 2 - облегченный тампонажныйраствор на основе золы уноса ТЭЦ «Нуробод»; 3 - облегченный тампонажный раствор на основе ракушечного известняка; 4 - облегченный тампонажный раствор на основе вспученного вермикулита
Рисунок 3. Влияние полимерного реагента ПАА на прочность при изгибе цементного камня
тампонажных растворов
1 - тампонажный раствор из чистого портландцемента; 2 - облегченный тампонажный раствор на основе золы уноса ТЭЦ «Нуробод»; 3 - облегченный тампонажный раствор на основе ракушечного известняка; 4 - облегченный тампонажный раствор на основе вспученного вермикулита
Рисунок 4. Влияние полимерного реагента ПАА на прочность при сжатии цементного камня
тампонажных растворов
Влияния полимерных реагентов КМЦ-700 и ПАА на прочностные характеристики облегченных тампонажных растворов, а также тампонажного раствора на основе чистого портландцемента представлены на рис. 1-4.
Данные рис. 1-4 свидетельствуют о том, что снижение механической прочности цементного камня характерно для всех исследованных составов тампо-нажных растворов, включая растворы на основе портландцемента.
№ 1 (106)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
январь, 2023 г.
Результаты проведенных лабораторных исследований показали, что применение полимерных реагентов, таких как КМЦ-700 и ПАА, способствует получению стабильных тиксотропных тампонажных растворов с минимальными значениями показателя
фильтрации. Однако перед приготовлением тампо-нажных растворов с пониженной плотностью следует приготовить водные растворы вышеуказанных полимерных реагентов на глиномешалке или гидромешалке буровой установки.
Список литературы:
1. Атакузиев Т.А., Таджиев Д.Ф. Новые виды цементов на основе сульфоклинкеров. - Ташкент : Мехнат, 1989. -
2. Вяжущие материалы из промышленных отходов / Н.Х. Каримов, Б.Н. Хахаев [и др.] // Обзор информ. Сер. «Бурение». - М. : ВНИИОЭНГ, 1992. - С. 48.
3. Вяхирев В.П. Облегченные и сверхлегкие тампонажные растворы // Бизнес центр. - М. : Недра, 1999. -
4. Исследование фиброармирования на свойства тампонажных растворов / Ф.А. Агзамов [и др.] // Нефтегазовое дело (Геология и геофизика, бурение). - М., 2013. - № 2. - С. 30-39.
5. Рояк С.М., Рояк Г.С. Специальные цементы. - М. : Стройиздат, 1993. - С. 168.
6. Eshpulatov T.P. Creation of a cement stone resistant to aggressive influences of formation fluids // International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology. - 2021. - Vol. 8, Issue 2. - Р. 16593-16599.
7. Hydration characteristics of magnesia assimilated sulfa aluminate - be lite cement / M. Ali [et al] // The some. -
С. 114.
С. 180.
2006. - P. 6.
