Файл: Каримов, Н. Х. Особенности крепления скважин в соленосных отложениях.pdf

давления окружающей среды, водо-цементного отношения, коли­ чества п химического состава цемента, его удельной поверхно­ сти, наличия наполнителей и добавок. Контракция тем больше, чем выше активность и тонкость помола цемента. Следует от­ метить, что чистые тампонажные цементы относятся именно к такой категории. Наличие же таких наполнителей, как песок, глина и т. д., должно снижать величину контракции.

В работе [17] указывается, что поровое давление в цемент­ ном камне в зоне проницаемых горизонтов равно пластовому, а против непроницаемых стенок скважины может быть ниже гид­ ростатического.

По данным А. М. Кузнецова и Г. А. Старкова, приведенным в работе А. И. Булатова [9], силикатные цементы характеризуют­ ся величиной контракции, равной 5—6 мл на 100 г цемента (по воде). Алюминатные (глиноземистые) цементы характеризуются величиной контракции до 12—14 мл. Опыты Н. А. Мощанского показывают, что глиноземистый и расширяющиеся цементы, а также гипс обладают повышенной контракцией.

Исследования Ю. Н. Бутт и Е. М. Колотова свидетельству­ ют о том, что контракция является функцией минералогического состава цемента. Наибольшую величину и скорость контракции

Минералы плавни дают повышенную величину контракции, тогда как минералы силикаты гидратируются с уменьшением и сокращением объема.

Во ВНИИБТ велись работы по уточнению величин усилий, действующих на обсадную колонну в зоне цементного кольца. Эти работы показали, что при твердении тампонажных цемент­ ных растворов в условиях всестороннего сжатия (10— 40 кгс/см2) давление в системе постепенно уменьшается. Эти же результаты повторились при давлениях 30—240 кгс/см2.

Л. Б. Измайловым [23] проводились исследования по опреде­ лению изменения давления в системе цемент — вода при дейст­ вии температуры и давления. Температура оказывает существен­ ное влияние на изменение объемов цементного раствора. При постоянном давлении с увеличением температуры с 22 до 75°С в начальный период твердения отмечается более интенсивное из­ менение объема. Затем темп уменьшения объема раствора сни­ жается. С увеличением давления со 100 до 400 кгс/см2 контрак­ ция через 48 ч твердения цемента возросла всего на 0,4%. Авто­ ром изучались объемные изменения цементных растворов в про­ цессе их твердения вокруг обсадной трубы при различных дав­ лениях и температурах. При этом не было ни одного случая усадки цементного камня в радиальном направлении. Отмеча­ лось лишь уменьшение цементного кольца по вертикали. Габарит­

61

ные размеры образца цементного камня при его дальнейшем твердении не уменьшались.

В этой же работе показано, что при схватывании в первый момент после затворения цементных растворов, приготовленных из портландцемента, за счет их объемного изменения боковое давление в зацементированной зоне обсадной колонны практи­ чески не изменяется. Поэтому, очевидно, впредь до уточнения влияния других факторов на величину гидростатического давле­ ния глинистого и цементного растворов можно принимать, что распределение давлений в системе остается таким же, каким оно было к концу цементирования обсадной колонны. Л. Б. Измай­ лов приходит к такому заключению из расчета, что в заколонном пространстве (в интервале подъема цементного раствора) глинистый раствор полностью замещен цементным раствором

Однако, как было сказано ранее, во многих случаях крепле­ ния не происходит полного вытеснения промывочной жидкости из заколюнного пространства цементным раствором, особенно против каверн, имеющих большой диаметр и малую высоту. Именно в образовавшейся при этом системе цементный ра­ створ— промывочная жидкость при гидратации цемента проис­ ходит уменьшение общего объема системы за счет контракции, вследствие чего снижается противодавление на стенки сква­ жины.

С целью выяснения этих явлений были поставлены опыты в лабораторных условиях. Для проведения исследований была сконструирована и изготовлена стендовая установка (рис. 7), состоящая из трубы с внутренним диаметром 50 мм, нижняя часть которой закрыта герметично, а в средней части установлен отвод для образцового манометра. Труба заполнялась тампо­ нажным и буровым растворами или тампонажным раствором и водой в такой последовательности, как указано на рис. 7. Были исследованы цементные, цементно-бентонитовые, цементно-пес­ чаные, цементно-зольные, цементно-меловые и другие тампонаж­ ные смеси, приготовленные на воде или насыщенном растворе NaCl. В трубе, заполненной растворами исследуемого состава, создавалось необходимое давление, после чего производилось наблюдение за показаниями манометров в течение 24 ч, т. е. до набора прочности цементным камнем.

Как видно из рис. 8, резкое снижение давления при тверде­ нии цементного раствора, приготовленного на пресной воде, происходит в первые 5—б ч. Затем давление снижается очень медленно и через 10—15 ч доходит до 5—2 кгс/см2. Характер снижения давления в случае оставления в цементном растворе воды и в случае оставления глинистого раствора аналогичен.

При затворении цемента на 30%-ном растворе NaCl харак­ тер падения кривой становится несколько иным. Давление па­

62

ZZOB

Рис. 7. Установка для определения изменения давления в си­ стеме цементный раствор — жидкость в процессе твердения тампонажного раствора в различных условиях:

щается. Это можно объяснить уменьшением контракции цемента за счет добавки соли и некоторым расширением цементного кам­ ня при гидратации.

Исследовалось влияние добавки золы и песка в цемент на величину падения давления при твердении цементного камня. Характер и скорость падения давления на участке тампонажно-

63

Го раствора (с добавкой золы, песка, бентонитовой глины), за­ полненном водой, одинаковы с характером падения давления на участке цементного раствора, заполненном также водой. В отли­ чие от цементного раствора, приготовленного на пресной воде, для тампонажных растворов с указанными добавками падение давления через 8—10 ч выполаживается, и при значениях 15—

ленными в лаборатории, показала, что происходит значительное снижение давления в интервале, где отсутствует цементный ка­ мень. Независимо от вида исследуемого тампонажного раствора давление снижается до 20—10 кгс/см2. Такое снижение давле­ ния, по-видимому, происходит вследствие контракционных явле­ ний, возникающих при твердении тампонажных материалов в системе цемент — буровой раствор.

Все это свидетельствует о том, что когда в заколонном про­ странстве остается интервал, не заполненный цементом, также происходит снижение давления стенки скважины. Такое сни­ жение давления в солях вызывает их деформацию. Характер падения давления плавный. Видимо, в этих случаях происходит постепенное сижение давления на стенки скважины, что в свою очередь вызывает сначала упругую деформацию соли, а затем по мере снижения противодавления начинается их пластическая деформация.

64