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

лись на металлическую решетчатую стойку, которая по­ гружалась в ванну с агрессивной средой. Форма решет­ чатой стойки и плотность укладки образцов исключали возможность контакта их друг с другом, а также обеспе­ чивали естественную циркуляцию всего объема пласто­ вой воды. В ванне с пластовой водой и образцами це­ мента поддерживалась температура 75°С. Полная смена пластовой воды производилась через каждый месяц. Ис­ пытанию были подвергнуты тампонажные смеси из чи­ стого и песчанистого цемента состава 60х40°/о и 30X70%.

Всякий химический активный материал, находящий­ ся в чуждой ему по физико-химическому составу, среде, так или иначе реагирует с ней, изменяясь сам и изменяя окружающую среду. По изменению солевого состава пластовых вод после пребывания в них цемента можно косвенно судить об изменениях, происходящих в цемент­ ном камне. С этой целью осуществлялся контроль за со­ левым составом пластовой воды как исходной, так и пос­ ле пребывания в ней цементных образцов в течение ме­ сяца. Установлено, что в этом случае в пластовой воде несколько уменьшается содержание хлоридов и сульфа­ тов и значительно, иногда до полного исчезновения, уменьшается магний, вода сильно обогащается кальцием и карбонатом кальция.

Пластовые воды обладают выщелачивающей агрес­ сивностью, то есть способствуют растворению и выносу извести из цементного камня. Наиболее уязвимой частью цемента является гидрат окиси кальция, с которым в пластовой воде происходят обменные реакции с образо­ ванием новых минералов, что ведет к ослаблению или разрушению цементного камня. Так образование суль­ фита кальция (гипса) уменьшает прочность цемента из-за внутренних напряжений, которые проявляются при

34

кристаллизации гипса в цементном материале и перехо­ де его в другую модификацию.

Образцы из чистого и песчанистого цемента в течение всего срока нахождения в пластовой воде (более года! не имели каких-либо внешних признаков коррозии. Ме­ ханическая прочность в течение времени испытаний ме­ нялась. К концу первого месяца прочность как чистого, так и песчанистого цемента несколько возрастет. В даль­ нейшем прочность на изгиб снижается, особенно сильно у цементов без добавок наполнителя (барханного песка). Так х 14-ти месяцам хранения в гидрокарбонатнонатрневой воде прочность чистого цемента снизилась с 80 кг/см2 до 45 кг1см2, то есть на 44 процента, в хлоркальциевой воде прочность к 12-ти месяцам снизилась на 48 процен­ тов. Песчанистые цементы состава 60X40% и 30X70% за тот же срок потеряли в прочности всего лишь 4 процента.

Необходимо отметить, что хлоркальциевая вода бо­ лее агрессивна к тампонажным цементам, чем гидрокар­ бонатнонатриевая, а песчанистые цементы более устой­ чивы к действию пластовых вод.

Изменение механической прочности цементного кам­ ня представляет совокупный эффект от действия двух факторов: нарастания прочности за счет происходящей гидратации (т. е. химического усвоения воды), а также кристаллообразования и уменьшения прочности из-за изменения химического состава цемента вследствие кор­ родирующего действия чуждой среды.

Устойчивость тампонажного цемента зависит и от плотности самого материала. Введение в цемент механи­ ческого заполнителя, в данном случае песка, создает но­ вый фактор; уменьшающий возможность коррозии — си­ лы сцепления песка с продуктами гидратации.

Параллельно с испытаниями на прочность произво* дилось определение проницаемости. Для этого из поло­ винок балочек, оставшихся после определения проч­ ности на изгиб, вытачивались образцы цилиндрической формы, проницаемость которых определялась на опи­ санной выше установке. Оказалось, что песчанистые це­ менты после более чем годового пребывания в агрессив­ ной среде стали практически непроницаемы, а проницае­ мость чистого цемента значительно возросла. Такое уменьшение проницаемости песчаного цемента, не­ смотря на воздействие агрессивной среды, имеет большое значение для сохранности и работоспособности цемент­ ного экрана в затрубном пространстве скважины.

При суммарном рассмотрении всех показателей пес­ чанистого цемента (время схватывания, механическая прочность, проницаемость, пористость, устойчивость к пластовым водам)', содержащего различное количество песка, установлено, что цементы с добавкой 35—40 про­ центов барханного песка по многим структурномехани­ ческим показателям превосходят цементы для «горячих* скважин без добавок наполнителя, а цемент с 50 и более

процентами песка перспективен для применения в высо­ котемпературных скважинах.

ПРОМЫШЛЕННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЕСЧАНИСТОГО ЦЕМЕНТА В ТУРКМЕНИИ

Крепление эксплуатационных скважин цементно-пес­ чаными растворами на промыслах Туркмении имеет ог­ раниченное применение, за исключением Челекенской площади, где зачастую песчанистые цементы на базе прибрежного кварцевого песка состава 70 X 30% при­ меняются при заливках скважин. На остальных пло-

36

щадях песчанистый цемент находит некоторое примене­ ние для крепления кондукторов.

С середины мая 1961 года в Котур-Тепе, где проис­ ходит наибольшее количество цементировочных работ, стали осуществляться заливки кондукторов и техниче­ ских колонн песчанистым цементом состава 50X50%, и до конца года было зацементировано свыше 30 сква­ жин глубиной от 300 до 851 метра.

В процессе заливочных работ была установлена воз­ можность получения на скважине качественного цемент­ но-песчаного раствора заданного удельного веса и растекаемости.

Отбор пустынного песка производится с ближайшего бархана, откуда песок навалом или насыпанный в бу­ мажные мешки доставляется на тампонажную площад­ ку, где и готовится цементно-песчаная смесь. Удельный вес., время схватывания, механическая прочность и дру­ гие показатели цементного раствора, изготовленного цементно-смесительной машиной при заливке скважи­ ны, ничем не отличаются от показателей аналогичного раствора, приготовленного в лабораторных условиях.

В процессе заливки в течение первых 2—3 минут работы смесительной машины можно легко отрегулиро­ вать и в дальнейшем поддерживать требующийся удель­ ный вес и растекаемость, которые для песчанистого це­

доказано, что цементно-песчаные растворы с большим содержанием барханного песка вполне доступны для приготовления и применения в производственных усло­ виях.

37

С конца 1961 года в Котур-Тепе на основании реше­ ния технического совещания при КРБ-1, утвержденного руководством объединения «Туркменнефть», было нача­ то повсеместное использование песчанистого цемента состава 50X50% для крепления промежуточных колонн и широкие промышленные испытания песчанистого це­ мента состава 60X40% (процентное содержание цемента и песка) для крепления эксплуатационных скважин. В 1962 и начале 1963 года на площади Котур-Тепе было зацементировано песчанистым цементом свыше 50-тн эксплуатационных скважин глубиной 1800 — 2800 мет­ ров. Последующий анализ результатов цементирования этих эксплуатационных скважин показал, что сам про­ цесс цементирования и результаты последующих опера­ ций (определение уровня цемента за колонной, опрессов­ ка, перфорация и освоение) ничем не отличаются от скважин, залитых цементом без добавок наполнителя. Выявление технологических преимуществ песчанистого цемента по результатам деятельности эксплуатационной скважины (изменение обводненности, количество и объем ремонтных работ и т. д.) требуют наблюдения за сква­ жиной в течение нескольких лет, но показатели лабора­ торных испытаний дают надежную гарантию повышен­ ной сохранности в работоспособности песчанистого це­ мента в скважине.

В условиях массового применения песчанистого це­ мента существенным вопросом, влияющим на результа­ ты тампонажных работ, является качество приготовле­ ния сухой цементно-песчаной смеси.

Повсеместно применяющийся в настоящее время способ смешения песка с цементом (пропускание через сетку расчетных порций песка и цемента с последую­ щим перемешиванием и затариванием готовой смеси в

38

бумажные мешки) при тщательном исполнении дает хо­ рошие результаты., тем более, что при загрузке в бун­ кер машины смесь дополнительно перемешивается подъ­ емным шнеком. Однако этот способ весьма трудоемок и, кроме того, при массовом приготовлении смеси воз­ можны случаи как неточной дозировки, так и неполного перемешивания.

Контроль за качеством сухого песчанистого цемента по удельному весу эффективен при постоянном его осуществлении, в этом случае необходима высокая точ­ ность замеров, так как разница в удельных весах смесей сравнительно невелика (см. табл. 3).

Механизированный способ приготовления смеси — дозировка составляющих и перемешивание — исключает неточности ручного приготовления и уменьшает долю физического труда.

С этой целью сотрудниками Туркменского филиала ВНИИ и тампонажной конторы треста «Туркменбурнефть» было предложено и произведено дооборудование цем.ентосмесительной машины 2СМН—20 под дозаторсмеситель. Измерение производительности (подачи)

39

песка и цемента (раздельно) при работе одного шнека с различным числом оборотов показало, что подача пес­ ка при одинаковых оборотах шнека машины превосхо­ дит подачу цемента, но наблюдается прямая закономер­ ность между расходом цемента и песка. Сводные пока­ затели такой закономерности, отражающие необходи­ мые соотношения чисел оборотов шнеков для получения цементно-песчаной смеси различного, состава, показаны в таблице 4.

2СМН-20 на шасси ЯАЗ-219. Для возможности раздель­ ной неконтролируемой загрузки песка и цемента бункер машины делится пополам. На продольной центральной балке, проходящей по днищу бункера, было приварено 4 пары стоек из уголкового железа, в зазоры между стойками уложили хорошо подогнанные доски. Для из­ менения скорости вращения одного из шнеков машины, находящихся теперь в изолированных отсеках бункера, была поставлена дополнительная коробка скоростей от автомашины ГАЗ-51 (см. рис. 5).

40

Рис. 5. Цементосмесительная машина СМН-20 ' с дополнительной коробкой скоростей на пескоподающем шнеке.

Выбор типа коробки скоростей определяется тем, чтобы получить замедление числа оборотов шнека, обес­ печивающее соотношение цемента и песка в смеси 60 X 40% и 50 X 50%, то есть характеристика коробки должна как можно точнее соответствовать данным таб­ лицы 4. Этому условию практически удовлетворяет ко­ робка скоростей от автомашины ГАЗ-51, тем более, что она имеет небольшие габариты и достаточную механи­ ческую прочность.

Установка и крепление коробки для ступенчатого регулирования скорости вращения левого шнека (не связанного с рыхлителем) производится следующим об­ разом. На входной вал коробки скоростей сажается шлицевая муфта с приваренным к ней фланцем, кото­

41