Содержание к диссертации
Введение
I. Анализ состояния вопроса и постановка задач исследования 10
1.1. Проблемы крепления в соленосних отложениях. 10
1.2. Существующие технологии крепления скважин в соленосных отложениях 25
1.3. Тампонажные материалы, применяемые для крепления скважин в соленосных отложениях . 27
1.4. Анализ состояния вопроса и постановка задач исследования 50
II. Обоснование рабочей гипотезы и методики проведения исследований 55
2.1. Методика проведения экспериментов 55
2.1 1. Методика определения физико-химических 55
свойств цементного раствора-камня при различных условиях
2.1.2. Исследование фазового состава продуктов твердения и структурных характеристик цементного камня.. 56
2.1.3. Термодинамический' метод исследований 57
2.1.4. Исследование кинетики фазовых превращений. 58
2.1.5. Методика исследования коррозионной устойчивости тампонажного камня 60
2.2. Обоснование рабочей гипотезы 62
2.2.1. Свойства гидросиликатов магния и возможность их получения 62
2.2.2. Свойства индивидуальных фаз в системе MQQ -SiQi- U 66
2.2.3. Влияние свойств и добавок-регуляторов на пронесе ввязывания MQO в гидросиликат магния... 73
2.2.4. Особенности фазообразования в магнезиально-кремнеземистых композициях 77
2.2.5. Особенности структурообразования магнезиально-кремнеземистых цементов 79v
2.3. Термодинамическая опенка образования и стой кости гидросиликатов магния 80
2.3.1. Стойкость гидросиликатов магния в различных средах 80
2.3.2. Термодинамика реакций образования гидросиликатов магния 85
2.3.2.1. Образование гидросиликатов магния при повышенных температурах 85
2.3.2.2. Влияние температуры и соотношения исходных компонентов на вероятность образования гидросиликатов магния 89
2.3.2.3. Синтез гидросиликатов магния в нормальных условиях -96
2.4. Обоснование выбора сырьевых компонентов... 102
2.5. Требования к технологии крепления скважин в соленосных отложениях и обоснование технологии... 105
III. Результаты экспериментальных исследований;. 111
3.1. Исследование кинетики гидратации и фазообра-зования магнеэиально-кремнеземистой композиции в гидротермальных условиях 111
3.2. Влияние температуры и отношения М/$ на фазообразование и физико-механические характеристики 125
3.3. Исследование упругих физико- механических и структурных характеристик. 132
3.4. Исследование водостойкости магнезиально-кремнеземистых композиций „ 147
IV. Оптимизация состава тампонажного материала и промысловые испытания 155
4.1. Оптимизация состава для различных условий... 155
4.1.1. Магнезиально-кремнеземистые композиции для Пермского Прикамья 155
4.1.2. Магнезиально-кремнеземистые композиции для цементирования обсадных колонн в Прикаспийской впадине 162
4.2. Длительные испытания стойкости разработанных материалов 166
4.3. Технология изготовления и применения тампонажного материала на основе магнезиально-кремнеземистой композиции. 171
4.4. Разработка технологии крепления. 174
4.5. Апробация и промысловые испытания результатов работы 177
Основные выводы и рекомендации 180
Практические рекомендации 181
Литература
Приложения 191
- Тампонажные материалы, применяемые для крепления скважин в соленосных отложениях
- Термодинамическая опенка образования и стой кости гидросиликатов магния
- Влияние температуры и отношения М/$ на фазообразование и физико-механические характеристики
- Длительные испытания стойкости разработанных материалов
Введение к работе
Актуальность проблемы. Развитие и совершенствование топливно-энергетической базы была и остается важнейшей государственной задачей. В последние годы ситуация с топливом на мировом рынке резко изменилась.
В этой связи, актуальным является развитие нефтегазового комплекса, связанное с разработкой новых месторождений. Такими являются месторождения Прикаспийской впадины, которое по перспективам нефтегазоносности занимает второе место после Западной Сибири. Большинство открытых здесь месторождений относят к лодсо-левым палеозойским отложениям, глубина залегания которых достигает 3000 м и более и характеризуется высокими пластовыми температурами и давлениями и агрессивностью солей.
Сильное коррозионное воздействие растворов соляных пород на цементный камень и колонну обсадных труб снижает устойчивость обсадных колонн, спущенных для перекрытия соленосних отложений, В местах наибольшей коррозии происходят разрывы обсадных колонн, что приводит к серьезным последствиям. Высокие температуры в сочетании с проявлениями соляного тектогенеза приводят к изменению напряженно-деформированного состояния соляного массива, что является причиной смятия обсадных колонн.
Таким образом, освоение и разработка подсолевых месторождений требует решения комплекса задач по обеспечению качественного крепления на период эксплуатации и существования скважины. Одним из путей решения данной проблемы видится в применении новых технологий цементирования наряду с использованием специальных видов цементов, коzорое в купе позволяло бы получать надежную и долговечную крепь скважины.
Созданием специальных видов тампонажних цементов в России и в бывшем Союзе занималось ряд крупных научно-исследовательских институтов, в которых шжно выделить работы А.И.Булатова, Д.Ф.Ио-вохатского, В.С.Даншевекого» В.С.Бакщутова, Н.Х.Каримова А. С .Бережного, К.А.Ивановой, В.М.Кравцова, Л,И,Рябовой, Г.М.Толкачева, ЇД.ХРахимбаєва и др. Однако, несмотря на то, что имеется целый ряд специальных тампонажних цементов, они неполностью удовлетворяют условиям крепления в отложениях калийно-магниевых солей. Для этих условий как при низких положительных температурах, так и при повышенных температурах целесообразно использовать магнезиальные цементы, так как они затворяются на растворах хлоридов магния и продукты твердения не подвержены магнезиальной коррозии, а камень обладает химическим сродством к перекрываемым солевым отложениям.
Однако, из-за низкой водостойкости и резкого ухудшения технологических свойств при повышенных температурах (таких, как сроки загустевания, прокачиваемость) эти вяжущие не получили широкого применения.
Цель работы состоит в повышении качества крепления соленос-ных отложений в условиях нормальных и повышенных температур путем использования тампонажных магнезиальных цементов, затвердевающих с образованием водо-солестойких соединений.
Основные задачи работы; I. Теоретическое обоснование и разработка составов магнезиальных тампонажных материалов с добавкой крємнеземсодержащих компоненто в. 2. Исследование влияния технологических факторов на образование водосолестойких гидросиликатов магния, 3. Исследование основных свойств разработанных тампонажных материалов и стойкости сформированного цементного камня в пресной воде и в растворе MgCU • 4. Подбор наиболее перспективных рецептур для крепления скважин в соленосных отложениях Прикаспийской впадины и Верхнекамского калийного месторождения. 5. Проведение опытно-промышленных испытаний разработанных рекомендаций. НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Установлены условия кристаллизации различных видов гидросиликатов магния и их устойчивость в зависимости от температуры. Обоснован выбор активных форм кремнеземсодеркащих компонентов. Термодинамическими расчетами и экспериментальными исследованиями показана возможность синтеза гидросиликатов магния - 2-в присутствии ионов CI , $0 .
Выявлена стадийность образования гидросиликатов магния в системе MttO-SiOft-MttCL;T Нг0 , показано, что их появлению предшествует образование оксихлоридов магния. Установлено влияние отношения MQQ/SIOA (M/S) на стойкость цементного камня в средах:
Термодинамическими расчетами установлена повышенная устойчивость низкоосновных гидросиликатов магния (тальк, сепиолит) по-сравнению с высокоосновными в пресной воде. Разработана технология цементирования обсадных колонн в условиях: солевого тектогене-за с использованием магнезиально-кремнеземистых композиций (МКК) с повышенными пластичными свойствами.
Практическая ценность. I. По просьбе ПРО "Акгюбнефтегазгео-логия" совместно с АО КазНИГРИ была разработана программа и разовый технологический регламент на выпуск опытной партии магнези-ально-кремнеземистой компо зиции.
Разработанный способ крепления прошел положительные испытания на скважине Клемес 7 ПРО "Гурьевнефтегазгеология",
Ншизация результатов работы.. Работа выполнена в соответствии с письмом МинГео СССР от 24.03,88 $ PC-II/43-I498 о необходимости привлечения научно-исследовательских и учебных институтов, ведущих изучение качества крепления скважин в условиях интенсивного проявления горного давления, а также в соответствии с рекомендациями научно-практического семинара-совещания "Научное исследование я технология проводки скважин в интервалах залегания пластичных соленосних пород" 21-23 июня 1988 г.
Результаты работы были использованы при креплении скважины ;, - 7-Елемес ШГО "Гуръевнефтегазгеология" ) в интервалах соленосних отложений.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и о5сувдались на: Республиканской научно-технической конференции аспирантов и молодых ученых "Творческая молодежь Башкирии - ускорению научно-технического прогресса" (Уфа, 1988}, Всесоюзной конференции шлодых ученых и специалистов, посвященной 70-летию ВЛКСМ "Строительство нефтяных и газовых скважин", (г.Москва, 1988), Республиканской конференции аспирантов и молодых ученых Башкирии "Вклад молодежи Башкирии в решение комплексных проблем нефти и газа" (Уфа, 1989), Краевой конференции молодых ученых и специалистов "Строительство нефтяных и газовых скважин" (г.Краснодар, 1989), на координационном Совещании РТУ "Прикаспийгеология" по целевой программе "Горное давление"(г.Актюбинск, I99S). Отдельные разделы диссертационной работы докладывались на заседании технического совета ГТУ "Прикаспийгеология", ИГО "Актюбнефтегазгеология", ИГО "Гурьевнефтегазгеология".
Публикации по теме диссертации. Основное содервсание диссертации изложено в печатных работах.
Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете на кафедре "Бурение нефтяных и газовых скважин".
Автор благодарит научного руководителя, д.т..н. профессора Спивана А.И., заведующего кафедрой "Бурение нефтяных к газовых скэатсин" д.т.н. профессора Мавлютова Ы,Р., научного консультанта д.т.н. профессора Агзамова Q.A., зав.отделом "Крепление нефтяных и газовых скважин" д.т.н. Каримова Н.Х., канд.техн.наук Васильева В.Б. за помощь, оказанную при выполнении работы.
Автор благодарит также всех сотрудников отдела "Крепление нефтяных и газовых скважин" НЛП "Азимут".
Тампонажные материалы, применяемые для крепления скважин в соленосных отложениях
Как выше уже было отмечено, одной из причин некачественного цементирования в соленосних отложениях является растворение соли фильтратом цементного фаотврра, в результате чего нарушается герметичность в зоне контакта цементный камень - стенка скважины. Кроме того, может случиться, что в этой зоне цементный раствор долгое время может не схватываться вследствие большой
насыщенности разбавленными солями. Поэтому, с целью снижения растворимости стенок скважины, используют ташюнажкые материалы с добавками солей, причем соль может вводиться как в сухой тампонажний цемент, так и в жидкость с последующим затворешем тампонажного материала полученным рассолом.
Так, в работе / 68 / отмечено, что для обеспечения плотности контакта цементного камня со стенкой скважины рекомендуется добавлять в цементной раствор NaCI. Лабораторными исследованиями показано, что прочность цементного камня и ороки схватывания цементного раствора зависят от концентрации tiаСІ.в воде затворения и от температуры. Протикокоррозионная стойкость цементного камня достигается добавлением пупцоланов - диатомита, трепела.
В работе /55 / доказано, что успешное перекрытие соленое них отложений, при. забойных температурах до I2Q С,обеспечивается применением гельцемента, для затворения которых используется соленая вода. В работе / 25 \/. описаны результаты экспериментальных исследований влияния солей NACL KCL, Наг50 ; СаС!_а) кгС03 на прочность цементного камня, приводятся данные о влиянии концентрации в жидкости затворения на прочность при сжатии цементных камней в возрасте двух суток.
Сотрудниками АО Каз НШ?И по результатам исследований установлено, что оптимальные технологические параметры раствора и камня из него получены при концентрации соли \l aGI 15...20 %. В дальнейшем, с целью улучшения силы сцепления: цементного камня с солевыми породами и улучшения упруго-пластических свойств камня поваренную ефль рекомендуется вводить в состав тампонаж-ной смеси в сухом виде. Здесь также оптимальные параметры получены при введении сухой!соли в количестве 15 % Установлено, что введение сухой соли позволяет увеличивать силу сцепления цементного камня с солями на 30,..40 %, а величину расшрения на 0,1...0,3 % при сохранении па требуемом уровне других технологических параметров. Значительным практическим преимуществом тампонажних растворов, содержащих MSLCL , является улучшение их реологических свойств. Добавки ооли в большинстве тампонажних растворов в количествах, необходимых для насыщения ею воды завторения, значительно снижают консистенцию цементного раствора и критическую скорость его закачки, от которой в значительной мере зависит полнота вытеснения бурового раствора.
К недостаткам таких засолененных растворов относится то, что при повышенных температурах они быстро загущаются, но не схватываются. Водоотдача таких растворов не удовлетворяет необходимым значениям даже и в том случае, конда он обрабатывается КЩ или гипаном. С повышением температуры до 70 С водоотдача для обработанных указанными выше реагентами растворов находится на том же уровне,; что и у необработанного раствора. Кроме того с повышением температуры и давления солестойкость этих цементных образцов уменьшается, что объясняется отрицательным влиянием температуры, с повышением которой коррозионные процессы ускоряются.
Для обеспечения термо-коррозионностойкости широкое распространение получило ввод в тампонажний портландцемент активных минеральных добавок-пуциоланов, опоки» диатомита, трепела. Эти добавки связвают -свободную гидроокись кальция CaCOHjg которая выделяется при гидролизе портландцемента, что уменьшает вероятность протекания обменных реакций с образованием труднорастворимых соединений.
Однако, исследованиями / 16 / показано, что пуццолановые цементы, особенно с кремнеземистыми компонентами осадочного происхождения, стояки в условиях сульфатной агрессии, но обладают худшей стойкостью к магнезиальной агрессии. Вероятно, это можно связать с тем, что в результате связывания активной минеральной добавкой избытка гидрата окиси кальция в гидросиликат кальция» количество трудно растворимых соединений, образующихся в результате обменных реакций между Са(0Н)а и Мйй ИЛИ MjjSOj, снижается. Уменьшение количества Мй[0Н)а t способное коль матировать поровое пространство, приводит к тому, что происходит дальнейшая диффузия иона из окдажающей среды в глубь цементного камня с дальнейшим его поражением.
Высокой стойкостью в условиях магнезиальной агрессии обладают глиноземистый и сульфоалшинатный цементы. Объясняется это тем, что низкоосновные гидроалюминаты кальцин являются инертными по отношению к НаСЦ и в химических реакциях с ним участвовать.не могут.
Кроме того, следует отметить, что для этих цементов характерна хорошая организация лоров.ого пространства, связанная с уплотняющим действием гидроксида алюминия, что делает цементный камень менее проницаемым для агрессивной среды /46/.
Для того, чтобы использовать этот цемент в качестве тампонажного материала в условиях повышенных.температур и давлений, мешает его температурная ограниченность, Дело в том, что при температурах, достигающих значение 50 G и выше, ( а это характерно для месторождений Прикампииской впадины) при длительном твердении в этих условиях в результате перекристаллизационных процессов, фазовых переходов прочность камня резко падает, увеличивается и его проницаемость. Следует отметить, что если в качестве жидкости затворения используется рассол, то отрицательное влияние рассола особенно резко сказывается на прочности затвердевших растворов, приготовленных на глиноземистом цементе.
Так, исследования, проведенные в работе /44/ показали, что глиноземистый иемент одного и того же состава при одном и том же В/Ц в случае затворения на рассоле NaCL в суточном возрасте имел прочность на сжатие в 14 раз меньше, нежели при затворении водопроводной водой; В этой же работе показано, что растворы на глиноземистом цементе, приготовленные на рассоле, имеют более длительные сроки схватывания, чем приготовленные на воде.
Термодинамическая опенка образования и стой кости гидросиликатов магния
Ввод активной SiOa изменяет картину. Являясь слабой кислотой, активная SiOA не только изменяет р Н, но и способствует образованию гидросиликатов магния, которые откладываясь в порах, не только армируют систему, но и поддерживают р Н норовой жидкости менее 9. ( К примеру, р Н водной внтяжки серпентина равна 8). Существенную роль играет как степень насыщенности р-ра MuCLa t так и отношение М /S . При растворении активной SiOa образуется Si (ОН , которая в водном растворе
MCtCLA диссоциирует на ионы Si и ОН . Соотношение ионов в растворе будет зависеть от р Н окружающей среды. При избыточном количестве SiOa процесс идет до тех пор, пока в системе не будет достигнуто определенной величины концентрации ионов ОН" и не наступит химическое равновесие.
В высокомагнезиальных цементах С с соотношением M/S 1 ) SiOjt может оказаться недостаточным для восстановления равновесия. При недостаточном количестве SiOft выщелачиваться начинает гидросиликат магния. Т.о. в случае твердения магнезиально кремнеземистой системы в насыщенных средах MttCL ввод кремнеземистого компонента в систему в избыточном количестве более, чем необходимо для образования гидросиликатов магния, будет способствовать сохранению структуры цементного камня.
Предварительная оценка стойкости составных гидратных фазцемента в магнезиальных средах была дана в работе Кондращенко К.В. /43/. Для этого были просчитаны изобарно-изотермические потенциалы протекания реакций взаимодействия некоторых гидратных фаз цемента с растворенными солями магния. Результаты расчетов подтвердили вывод, что в условиях магнезиальной агрессии ни один из гадросиликатов кальция ( за исключением тоберморита и ксонотлита) не является стойким соединением.
Для магнезиальных же соединений процессы коррозии в магнезиальных средах не осуществимы, т.к. ни обменные, и ни какие другие реакции коррозии между ними и солями магния протекать не могут. Поэтому, долговечность крепи скважины в этих условиях будет определяться не коррозией цементного камня на основе магнезиальных соединенмй, а степенью водостойкости цементного камня.
Поэтому, нами рассмотрены реакции взаимодействия гидросиликатов магния с ионами водорода И , т.к. эти реакции включают все возможные коррозионные процессы, связанные с изменением р Н. Расчеты проводили согласно методике, описанной в / 5 /.
В качестве примера была рассмотрена реакция взаимодействия с ионом водорода НГЦ серпентина:
Полученное уравнение позволяет определять.активные концентрации ионов магния в зависимости от р Н, которые сведены з табл. 12,13
Аналогично были проведены расчеты и для других гидросиЛипатов магния. Результаты расчетов сведены з табл. 12,13
Из анализа результатов расчета, приведенных в таблицах, можно сделать вывод, что в нейтральных средах наибольшую устойчивость имеют низкоосновные гидросияикаты магния.
Дат обеспечения устойчивости высокоосновных гидросилика-тоз магния необходимо, чтобы в поровой жидкости цементного камня имелось достаточное количество активных ионов магния, поддерживающих повышенную величину р Н, т.к. только при р И 9 можно создать .реальную концентрацию ионов магния, при которых высокоосновные гидросиликаты магния могут быть термодинамически устойчивыми..
Таким образом, на протяжении всего периода службы скважины, в любых средах,.долговечность крепи скважины, цементный камень которой сформирован на базе магнезиального цемента, будет определяться наличием в поровой жидкости ионов, обеспечивающих для устойчивого существования затвердевшего цементного камня необходимую р Н.
Впервые термодинамические расчеты реакций образования гидросиликатов магния были выполнены Ведем Е.И. и Блудовым Б.Ф. /24/.Было установлено, что гидросиликаты магния могут образоваться уже при комнатной температуре.
Анализируя данные, полученные исследователями, можно заметить существенные различия между теоретическими и экспериментальными результатами. Это различие проявляется еще в большей степени, в случае присутствия в системе МаО-5( Оа-НяО различных ионов - примесей.
Так как на практике магнезиальный цемент затворяют насыщенными растворами МоС1я или Ш$Ьк , нами рассмотрена возможность образования гидросиликатов магния в присутствии хлор-иона и сульфат иона.
В системах МцО-SrOft-На0 , MjO-StOi-MjCU-HJ , MQO-SIOJT MuSOifHaQ рассматривалась возможность образования следующих гидросиликатоа магния: серпентина, талька, аттапуль-гита, антофиллита, сепиолита, керолита.
Термодинамическая опенка образования и стой кости гидросиликатов магния
Ниже приведены результаты исследовании, процессов, проходящих в цементном камне на основе магнезиально-кремнеземистои композиции, твердевшей при температурах 80 Q( JOO п тол OQ
140 С, 160 С в течение одних суток. В экспериментах использовались магнезиально-кремнеземистые шеек с отношениями -8- = 0,5; I; 1,5 2. В качестве магнезиального компонента использовался ПИК 75, в качестве кремнеземеодержашего компонента - горелая порода удельной поверхности Sw = 6000 см /г. .
Результаты экспериментов приведены на. рис. Ю Из анализа полученных данных следует, что увеличение температуры и. отношения -У- способствует увеличению прочности до определенного значения. В целом, для любых отношении у картина повторяется: рост прочности при температурах до 100 С, при увеличении свыше 100 С - сброс. Происходит это за счет изменения фазового состава. м Чем больше отношение Л у тем большая наблюдается глубина сброса прочности. Сопоставление прочностных показателей с данными РСА ( рис. II,12,13 ) позволяет заключить, что большая прочность Е температурном интервале 80...100 С объясняется наличием в составе цементного камня оксихяоридов магния, которые с повышением температуры переходят в более термодинамически устойчивые.гидра-силикаты магния. ОДшыная глубина сброса прочность при отношении fi =0,5 свидетельствует о том, что в этой композиции фазо-вые переходы протекали быстрее, по-сравнению с. композициями о отношениями й- I, и структура сформированного цементного камня представлялавь более эластично!, что смягчало отрицательные последствия фазовых переходов. Следует отметить, что для всех отношений M/S жидко-твердое отношение бралось одинаковым, что исключает возможность влияния плотности распределения продуктов гидратации в единице объема.
Что касается влияния температуры на свойства камня, то полученные результаты свидетельствуют о следующем. При температурах 80...100 С цементный камень был образован в основном оксихлоридами магния для составов с отношением M/S I и смесью оксихлоридов и гидросиликатов магния для состава с отношением M/S = 0,5. Избыток кремнезема ускоряет процесс гидратации и взаимодействия МоЛ с SiO .
При температурах 120 С и выше в цементном камне протекали те же процессы, что и при температуре Т=Ю0 С, но более интенсивно. Наряду с процессом разложения оксихлоридов магния шел процесс образования гидросиликатов магния. Так, при температуре 160 С цементный камень для всех отношений M/S был сложен, в основном, гидросиликатами магния различного состава.
Наименьшая глубина сброса прочности наблюдается при образовании гидросиликатов магния на ранних стадиях, в качестве одной из первичных фаз, что характерно для составов с M/S =0,5« Наибольшая глубина сброса прочности обнаруживается в случае образования гидросиликатов магния в результате перекристаллизационных процессов.
Большая глубина сброса сопровождается и большей проницаемостью и большей пористостью, что в итоге отрицательно сказывается на качестве крепления соленосних отложений.
Хотя следует отметить, что прочность, определяемая гидросиликатами магния ниже прочности, несущей оксихлоридами магния, но эластичность сформирование! на основе гидросилнкатов магния, а также стабильность и стойкость этих соединение компенсируют этот недостаток.
Таким образом, на основании экспериментальных данных по исследованию влияния отношения - и температуры на конечные свойства сформированного цементного камня на основе шгнезиаль-но-кремнеземистой композиции можно сделать вывод о том, что образование гидросиликатов магния на ранних стадиях твердения достигаемое при отношениях -я- 4 I способствует снижению числа перекристаллизацжонных процессов в цементном камне, что в итоге благоприятно сказывается на его конечных физико-механических с войствах.
На сегодняшний день нвт єдиного мнения относительно необхо-т о.юл величины прочности цементного камня, хотя установлено, что с точки зрения увеличения поддерживающей роли цементного кольца и повышения несущей способности обсадных труб при цементировании нижних ее частей в отдалениях текучих солен, предпочтительно использование тамлоиалных ызтерхалов одновременно как с новы-леїчдпті прочностными показателями, так ш с повышенными упруго-оластпчгглми свойствами /70,54/.
Длительные испытания стойкости разработанных материалов
В основе разработки, технологии лежат.теоретические предпосылки, изложенные в разделе 2,5, где приведено, обоснование технологии крепления. Одним из способов предотвращения смятия обсадных колонн в результате одностороннего течения является создание условий перехода одностороннего сжатия во всесторонний охват текучей породой обсадной колонны. Сущность метода сводится к созданию на пути течения пластичной породы подвижного барьера, способного переводить неравномерное натружение в равномерное. Роль подвижного барьера-оболочки может выполнять либо вязко-упругий разделитель, либо другая жидкость, обладающая в течение необходимого времени вязко-пластичными свойствами. Вязко-пластичная жидкость за счет своей пластичности по мере течения породы в скважину будет способствовать заполнению незаполненного затрубного пространства и плавному всестороннему охвату.
Вязко-пластичной жидкостью может служить тампонажний раствор, обладающий низким темпом структурообразования. Начало структуро-образования должно начинаться после охвата крепи текучей породы. Ожидаемое время, за которое может произойти полное схватывание крепи солью,производится по методике, предложенной ПО УкрНИГРИ, заключающиеся в снятии повторной кавернограммы перед спуском и цементированием колонны.,и определении скорости течения соли. Время, за которое будет достигнут полный охват крепи текучей породой определяется по формуле: где IX - скорость сужения ствола скважины, определяемая по данным повторной кавернометрии. Увеличение скорости деформации соли и переход одностороннего течения во всестороннее сжатие монет происходить за счет проявления пластичных свойств тампонажного раствора на определенном промежутке времени. Такі образом, в основе разработки технологии крепления лежат принщпы формирования крепи скважины с заданными свойствами. Следовательно, в этом случае, необходимо применять тампонажные материалы, отличающиеся медленным, но плавным темпом структурообразования; но со временем дающие высокопрочный камень.
После того, как одностороннее течение соли переходит во всестороннее сжатие, меняется и характер нагружения самой крепи. Чтобы сохранить в равновесии стенки скважины,необходимо создавать противодавления на них со стороны цементного кольца. Это вызывает, в свою очередь, необходимость применения цементов с расширяющимися способностями. Чем прочнее цементный камень, чем выше его модуль упругости, тем больше развиваемое расширяющимся цементом противодавление, даже если расширение незначительно.
Предлагаемый способ крепления осуществляется следующим образом. Весь объем тампонажного раствора, закачиваемого в скважину, делят на 2. пачки. Первая пачка раствора по мере закачки и достижения необходимой высоты должна сразу затвердеть. Эта пачка должна находиться выше кровли соли, т.е. выше интервала проявления текучих свойств на 5...50 м.
По мере закачки первой пачки раствора производят закачку вязко-пластичной жидкости, объем Которого принимают равным объему затрубного пространства в интервале течения соли, и размещают в зоне течения.
Для обеспечения достаточной прочности колонны и избежания ее смятия в момент перехода неравномерного нагружения в равномерное, внутри колонны устанавливается временный поддерживающий мост. Тампонажный материал, используемый для создания моста, должен быть безусадочным, быстро затвердевать, иметь большую прочность и обладать эффектом расширения. Мост должен быть размещен внутри колонны, в интервале течения горной породы, В качестве тампонажного материала, используемых для этих целей, рекомендуется магнезиально-кремнеземне тая композиция, затворенная на растворе насыщенного хлористого магния.
Проведенная опытно-промышленная апробация способа показала, что данный технологический лрием является эффективным мероприятием для предотвращения смятия обсадной колонны и для повышения качества крепления.
