Раздел 2
использованные материалы и методы исследований
2.1. Требования, предъявляемые к тампонажным цементам
Целью цементирования обсадных колонн в газовых скважинах является надежное
разобщение пластов для обеспечения длительной эксплуатации. Различие
геолого-технических условий строительства скважин определяет разнообразие
требований, предъявляемых к тампонажным цементам и растворам, полученным на их
основе.
Основные требования к тампонажным цементам сводятся к обеспечению возможности
получения растворов с заданной плотностью, обладающих прокачиваемостью в
течение определенного времени, достаточной седиментационной устойчивостью и
низкой водоотдачей. Цементный камень должен обладать высокой прочностью, низкой
проницаемостью и обеспечивать надежное сцепление со стенками скважины и
обсадными трубами.
Плотность цементного раствора выбирается из условия превышения плотности
бурового раствора не менее чем на 0,2-0,3 кг/дм3. Обычно плотность цементного
раствора составляет 1,6-2,2 кг/дм3.
Время прокачиваемости цементного раствора определяется технологией
цементирования, рассчитывается на стадии проектирования строительства скважин и
составляет от 1 до 6 ч. В практике цементирования обсадных колонн для
регулирования времени прокачиваемости цементных растворов используются
различные химические реагенты (электролит или поверхностно-активные
вещества).
Время прокачиваемоети при температурах и давлении, соответствующих скважинным
условиям, определяется на специальных установках - консистометрах типа КЦ-3,
КЦ-4, КЦ-5. Приближенное представление о времени прокачиваемоети можно получить
в автоклавах по глубине погружения иглы определенной массы.
Седиментационная устойчивость определяется величиной водоотстоя цементного
раствора в процентах от высоты столба цементного раствора в мерном цилиндре.
Низкая седиментационная устойчивость цементного раствора может вызвать целый
ряд нежелательных осложнений при цементировании и во время эксплуатации
скважины, поэтому к тампонажным растворам предъявляются требования, чтобы
водоотстой не превышал 2%. Регулируется водоотстой тонкостью помола цемента,
водоцементным отношением или применением специальных структурирующих добавок.
Фильтрационные свойства цементного раствора (водоотдача) в большой степени
зависят от величины водоотстоя. Водоотдача определяется количеством фильтрата,
выделившегося через фильтр площадью 1 см2 при градиенте давления 0,1 МПа за
первую минуту.
Для определения водоотдачи используются приборы ВМ-6, фильтр-пресс ФЛР-1 или
специальные установки, имитирующие пластовые условия – УФ-3С и УВЦ-2. Величина
водоотдачи цементного раствора определяется опытным путем в зависимости от
конкретных геологических условий. Для снижения водоотдачи растворов применяют
различные химические реагенты, селективно изменяющие гидратационную активность
отдельных минералов, входящих в состав цемента, или повышающих вязкость
фильтрата.
Механическая прочность цементного камня является одной из основных
характеристик тампонажных цементов. Механические свойства цементного камня
характеризуются пределом прочности, который определяют на образцах цементного
камня, изготовленных из раствора, при приложении сжимающих, растягивающих или
изгибающих внешних нагрузок до их разрушения [140]. Прочность при изгибе
цементных образцов-балочек при В/Ц=0,5 размером 40x40x160 мм в возрасте 24 ч
должна быть не менее 3,5 МПа для горячих скважин.
Однако вопрос о действительно необходимой прочности остается дискуссионным.
А.И. Булатов [141] на основе экспериментальных и промышленных исследований
пришел к заключению, что достаточна прочность при изгибе 1,5 МПа, а при сжатии
– 5,0 МПа.
По мнению [142], регламентируемый нормативными документами предел прочности при
изгибе через 2 сут твердения при В/Ц=0,5 и температуре 22°С вполне обоснован.
Американские специалисты [143] считают, что можно ограничиться прочностью при
сжатии в 3,5 МПа, при этом коэффициент запаса прочности находится в пределах
2…5. Р.Ф. Феррис [144] считает, что прочность цементного камня в конце
схватывания достаточна для продолжения процесса бурения, при этом оставшийся в
колонне цементный камень вследствие низкой прочности легко разбуривается, а в
кольцевом пространстве не будет растрескиваться при перфорации вследствие его
пластичности.
Прочность цементного камня зависит от ряда факторов, а именно: условий
твердения, фазового состава гидратов, плотности упаковки составляющих
цементного камня и др. Работами многих отечественных ученых (Ю.М. Бутта, А.И.
Булатова, B.C. Данюшевского, О.П. Мчедлова-Петросяна, С.М. Рояка и др.
[145-148]) показано, что прочность цементного камня в значительной степени
определяется фазовым составом продуктов твердения и зависит от условий
твердения.
Газопроницаемость цементного камня определяется объемом воздуха или другого
газа, прошедшего через образец площадью 1 см2 и длиной 1 см при градиенте
давления 0,1 МПа за единицу времени. Так как цементный камень является
изоляционным материалом, то к его газопроницаемости, особенно в газовых
скважинах, предъявляются жесткие требования. Как показывают опытные испытания и
расчеты, для качественного разобщения продуктивных горизонтов цементный камень
должен характеризоваться газопроницаемостью не более 2…4 миллидарси.
Газопроницаемость определяется на приборе ГК-5.
Надежное разобщение пластов возможно только при условии наличия плотного
контакта цементного кольца со стенками скважины и обсадными трубами. Такой
контакт не может быть достигнут при использовании цементов, обладающих высокой
об
- Київ+380960830922