Файл: Вязельщиков В.М. Барханный песок как промышленное сырье при цементировании скважин.pdf

образца, принимается за предел прочности на изгиб. Для проведения таких испытаний применяется стандарт­ ный рычажной прибор.

Для определения предела прочности на сжатие испы­ тываются цементные кубики с размером граней 2X 2 см. Кубики готовятся в соответствующих формах по той же технологии, что и образцы для испытания на изгиб. Под­ готовленные образцы помещаются между плитами гид­ равлического лабораторного пресса, при сближении ко­ торых образец разрушается. Нагрузка фиксируется по­ казаниями образцового манометра, то есть давлением жидкости под поршнем нижней подвижной плиты. По­ казания манометра (в атмосферах) переводятся в на­ грузку (килограммы). Частное от деления величины раз­ рушающей нагрузки на площадь кубика является преде­ лом прочности на сжатие.

Механическая прочность считается одним из основ­ ных показателей пригодности цементного раствора к цементированию скважин и в какой-то степени опреде­ ляет другие физико-механические свойства.

Хорошие результаты на прочность получены при до­ бавлении к цементу песков из Вышки, Фараба и КотурТепе.

Если тампонажный цемент, испытанный при услови­ ях. соответствующих ГОСТу 1581—42 (температура — 75°С, вес воды для затворения равен половине веса це­ мента, то есть В/Ц = 0,5), имеет прочность на изгиб, так­ же удовлетворяющую ГОСТ (то есть не менее 62 кг!см2), то в пределах добавок до 50 процентов барханного песка прочность на изгиб песчанистого цемента находится в пределах 60 — 62 кг1см2. Наивысшая прочность на 4—5 процентов выше исходной получается при содержании

18

30 — 40 процентов песка в цементе (считая от веса

смеси).

Среди цементов, применявшихся для изготовления песчанистого тампонажного материала, лучшие резуль­ таты получены с цементами Ново-Троицкого завода для «холодных» скважин и с цементами Карадагского заво­ да для «горячих» скважин. Предел прочности на сжатие у цементно-песчаных образцов получен также достаточно высокий, в пределах от 200 кгкм2 до 340 кг1см2. Значения предела сжатия в общем случае пропорциональны пре-’ делу прочности на изгиб.

Лучшими из испытанных цементно-песчаных раство­ ров с точки зрения большей прочности при одинаковых дозах песка являются растворы, содержащие пески из районов Вышки, Фараба и Котур-Тепе. Это объясняется пониженной водопотребностью отмеченных песков, осо­ бенно песка с Вышки, вследствие более высокой крупно­ сти. Суммарная удельная поверхность навески крупно­ зернистого песка меньше, чем удельная поверхность та­ кой же навески более мелкозернистого. Это снижает не­ обходимое количество воды для смачивания песка при изготовлении цементно-песчаного раствора,что в [конеч­ ном счете ведет к увеличению механической прочности.

тировочных работ, находилось «время схватывания». Определение этого свойства цементного раствора осуще* ствляется прибором «Игла Вика». Прибор состоит из кронштейна, на котором укреплена подвижная стальная игла длиной 45—50 мм и диаметром 1,1 мм, снабженная шкалой для указания глубины погружения. На иглу дей­ ствует нагрузка — 300 г. Испытуемый цементный раст­ вор заливается в специальный стакан, который погружа-

ется в воду при температуре 75°С, периодически стакан

сраствором извлекается из водяной ванны, вставляется

вприбор и на цементный раствор опускается игла. Сущность определения заключается в нахождении

времени* прошедшего от начала раствора до того момен­ та, когда игла не будет доходить до дна стакана на 1—

начала и конца схватывания несколько увеличивается по сравнению с временем схватывания цемента без доба­ вок наполнителя.

Разница между началом и окончанием схватывания у чистого цементного раствора и раствора с 50 процен­ тами песка составляет 25 — 40 минут. Некоторое замед­ ление схватывания можно объяснить тем, что зерна пе­ ска препятствуют притоку воды к цементным зернам, замедляя тем самым время химической реакции цемента с водой (гидратацию).

Факт несколько замедленного схватывания песчани­ стого цемента имеет положительное значение при цемен­ тировании глубоких скважин с забойной температурой до 85 — 90°С, так как отпадает необходимость примене­ ния реагентов-замедлителей схватывания.

Барханные пески из различных площадей Туркмении примерно одинакового удельного веса (2,65—2,69 г/см3), отсюда, удельные веса цементно-песчаных растворов практически одинаковы и изменяются пропорционально количеству добавленного песка. Удельный вес Жидкого песчанистого цемента выше, чем чистого цементного ра­ створа ('2,00 г/см? у раствора состава 60 процентов це­ мента и 40 процентов песка и 1,86 г/см3 у раствора из

20

цемента без добавки наполнителя). Этот факт также имеет положительное значение при цементировании сква­ жин, пробуренных на глинистом растворе удельного веса 1,8—2,00 г1см3. Дело в том, что для успешного запол­ нения затрубного пространства скважины цементным раствором необходимо иметь превышение удельного веса цементного раствора над глинистым на 0,2—0,5 г/см3. В этом случае цементный раствор полностью вытесняет глинистый, создавая надежное крепление ствола сква­ жины. •

Механическая прочность на изгиб, время схватыва­ ния, растекаемость — эти свойства песчанистого цемен­ та удовлетворяют существующий ГОСТ на цементы. Но имеются еще очень важные требования к изолирующему материалу, полнее учитывающие его работу в скважине, а именно •— величина проницаемости и стойкость к раз­ рушительному действию пластовых вод. Эти параметры ГОСТом 1581—42 не оговариваются, так как предпола­ гается, что чистый цемент, имеющий предел прочности на изгиб через двое суток твердения, равный 62 кг/смs, имеет малую проницаемость и устойчив к пластовым водам.

Для всестороннего исследования цемента с добавка­ ми барханного песка были проведены определения проницаемости и устойчивости к пластовым водам. Сравне­ ние этих показателей у песчанистого и «истого цементов выявило преимущества песчанистого цементам

ПРОНИЦАЕМОСТЬ ЦЕМЕНТНОГО' И ЦЕМЕНТНО-ПЕСЧАНОГО МАТЕРИАЛА

При: цементировании скважин основная ' роль зака­ чиваемого гидравлического материала (цементного раст­ вора )■ заключается . в создании в затрубном1пространств

21

ве скважины непроницаемого надежно разобщающего пласты экрана.

Механическая прочность не может характеризовать другие свойства цементного камня — проницаемость, коррозионная устойчивость и другие, она лишь до неко­ торой степени отражает эти свойства, хотя многие из них зависят от одних и тех же факторов и в известной мере одинаково изменяются под их действием.

Коррозионное действие пластовых вод ухудшает ка­ чество цементного камня, уменьшая прочность и увели­ чивает фильтрационную способность. Поэтому проница­ емость цементного камня должна быть настолько малой, чтобы избежать глубокого проникновения пластовых вод и тем самым ослабить их разрушающее действие, а также предотвратить проникновение пластовых вод к обсадным трубам. Контакт воды и поверхности труб crioсобствует коррозии металла, ослабляет связь контакта цемент-труба, создавая тем самым опасность затрубного проявления. Процессы коррозии стали не могут раз­ виваться при высоком значении PH жидкой среды, но в случае даже незначительного притока пластовой воды к поверхности труб PH жидкой фазы может снизиться до опасных пределов, тогда цементный камень не играет никакой роли для предотвращения коррозии и разруше­ ния обсадной колонны.

Особенную роль приобретают эти процессы при ма­ лом диаметре скважин при уменьшенной толщине це­ ментной оболочки.

Свойство породы пропускать через себя жидкости, газы и их смеси при перепаде давления называется про­ ницаемостью. При изучении проницаемости определяет­ ся не только проницаемость, характеризующая свойство породы, но и проницаемость, характеризующая однбвре-

22

менно физико-химические свойства жидкостей, газов и характер их движения.

Для характеристики пород введены понятия абсолют­ ной, эффективной и относительной проницаемости. К эффективной проницаемости пород относится проницае­ мость в естественных условиях или проницаемость по жидкости.

При исследовании цементных образцов определялась

23:

выточках оснований кернодержателя и стакана. Через штуцер стакана подается вода, давление которой через тонкую резиновую трубку надежно уплотняет боковую поверхность образца. Боковое уплотнительное давление на J0 — 15 атм превышает рабочее давление фильтрую­ щейся жидкости внутри образца. Дальнейшие испыта­ ния на проницаемость проводятся по обычной методике, конечной целью является нахождение коэффициента проницаемости (КПР) по формуле Дарси.

Образцы цемента цилиндрической формы готовились в металлических разборных стаканах, куда заливался це^ ментный раствор и твердел заданное время в водной,сре­ де с различной температурой. Выбор температуры опре^

Проницаемость тампонажного цемента с добавками барханного песка в количестве до 60 процентов (ок'веса смеси/, твердейшего одни и двое суток при температуре 65°С представлена на рис. 3. Водо-цементное отношение

-24