Промывочные жидкости и растворы - ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОЙСТВ ТАМПОНАЖНЫХ РАСТВОРОВ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОЙСТВ ТАМПОНАЖНЫХ РАСТВОРОВ

 

Тампонажные растворы характеризуются многими парамет­рами, однако для практики наибольший интерес представляют свойства, измерение которых оперативно и несложно. К сожале­нию, существующие приборы и методы определения свойств там­понажных растворов несовершенны, и часто простота измерения идет в ущерб соответствию полученных оценок реальной дейст­вительности.

Основные параметры тампонажных растворов: плотность, подвижность, консистенция, водоудерживающая способность, сроки схватывания, прочность структуры, седиментационная ус­тойчивость, водотвердое отношение. Реологические свойства тампонажных растворов характеризуются вязкостью и динами­ческим напряжением сдвига.

Плотность  измеряется  ареометрами  АГ-ЗПП  или  АБР-1.

Подвижность раствора характеризует возможность его про­качивания насосом, определяет величину гидравлических сопро­тивлений при тампонировании и особенности поведения раство­ра при заполнении каналов.

На практике подвижность оценивают по растекаемости там­понажного раствора, которая определяется на конусе АзНИИ. Этот прибор (рис. 64) состоит из усеченного конуса-кольца 1 массой 300 г, имеющего внутренние диаметры верхнего основа­ния 36 и нижнего 64 мм, высоту 60 мм, объем 120 см3. Конус устанавливается на съемное стекло 2, которое, в свою очередь, помещают на круглую плиту, расчерченную концентрическими окружностями. С помощью регулировочных винтов 3, служа­щих одновременно и опорами прибора, плита со стеклом пред­варительно по уровню устанавливается в горизонтальное положение. Конус ставится в центре круга.

Для измерения растекаемости готовят 250 см3 раствора за­данного состава и после перемешивания в течение 3 мин зали­вают его в конус вровень с верхним кольцом. Затем конус плавно поднимают вверх, и раствор растекается по стеклянному кру­гу основания. Во взаимно перпендикулярных направлениях оп­ределяют наибольший и наименьший диаметры круга расплыва и по ним вычисляют средний диаметр в см.

clip_image059

Рис. 64. Конус АзНИИ для опре­деления                         Рис. 65. Схема консистометра:

растекаемости тампонаж­ных растворов                              

1 — плита; 2 — гидрозатвор; 3 — шкала; 4 — стрелка; 5 —пружина; 6 — термо­метр; 7 — крышка; 8 — печь; 9 — стакан; 10 — мешалка; 11 — упор мешалки; 12 — редуктор; 13 — электродвигатель

От подвижности раствора в первую очередь зависит всасы­вающая способность насоса. Считается, что удовлетворительное всасывание обеспечивается при растекаемости не менее 17 — 18 см. Подвижность тампонажных составов определяется не только рецептурой, но и временем и интенсивностью перемеши­вания при приготовлении. Особенно это актуально для раство­ров на основе вяжущих добавок. Поэтому растекаемость как критерий подвижности — очень условный параметр.

Более надежно, но сложнее определяется способность тампо­нажного раствора к прокачиванию с помощью консистометра. Этот прибор позволяет оценить сопротивление раствора переме­шиванию лопастной мешалкой. Интенсивность перемешивания при измерениях должна соответствовать интенсивности переме­шивания при движении раствора в скважине во время тампони­рования. С помощью консистометра определяют и загустевание тампонажного раствора в процессе перемешивания.

Схема консистометра показана на рис. 65. Консистометр представляет собой вращающийся цилиндрический сосуд — ста­кан 9, внутри которого находится лопастная мешалка 10. Ось последней связана с калиброванной пружиной 5, с помощью ко­торой измеряется усилие, передаваемое на лопасти мешалки при перемешивании раствора. Прибор укомплектован электрической печью 8, позволяющей выполнять измерения при различных тем­пературах. Консистометр тарируется в условных единицах по истинно вязким жидкостям.

Для определения консистенции приготовляют 650 см3 тампо­нажного раствора и заливают его в стакан 9. Уровень раствора при этом не должен доходить до верхнего края цилиндра на 3 см. Затем в стакан опускают мешалку, включают электродви­гатель 13 и одновременно пускают секундомер. С момента при­готовления раствора до момента пуска электродвигателя долж­но пройти не более 5 мин. После пуска электродвигателя в те­чение 20 мин через каждые 2 мин записывают показания стрел­ки 4 прибора. Наименьшее из десяти значений будет характери­зовать консистенцию тампонажного раствора.

Раствор считается достаточно подвижным, если его конси­стенция не превышает 20 условных единиц. Консистенция — бо­лее правильная количественная оценка подвижности, отражаю­щая физическую сущность процесса перемешивания раствора, но консистометры довольно сложны.

Водоудерживающая способность тампонажного раствора ха­рактеризует, с одной стороны, его устойчивость как дисперсной системы, а с другой — способность к образованию тампонов в трещинах в процессе водоотдачи. Для некоторых тампонажных растворов, например цементных, водоудерживающую способ­ность необходимо повышать, в противном случае раствор будет расслаиваться.

Седиментационная неустойчивость приводит к тому, что за­твердевает лишь нижняя часть раствора в трещинах либо он во­обще не схватывается. В других растворах, например глиноцементных, водоотдачу нужно увеличивать. Такие растворы в про­цессе течения по трещинам интенсивно отфильтровывают воду в пористые стенки, что сопровождается резким повышением рео­логических параметров. Остановка раствора в трещине приво­дит к образованию плотного тампона. Чем интенсивнее водоотда­ча, тем активнее протекают эти процессы.

Показатель водоудерживающей способности тампонажного раствора — водоотдача, которая определяется на приборах ВМ-6 с использованием специальных бланков с двойной лога­рифмической сеткой (рис. 66). Порядок измерений такой же, как при определении водоотдачи глинистых растворов, и также приводится ко времени фильтрации — 30 мин.

Измеренная водоотдача может быть абсолютной, когда объ­ем отфильтровавшейся жидкости за 30 мин меньше объема жидкой фазы раствора в стакане прибора, и условной (относи­тельной), когда водоудерживающая способность раствора не­большая, т. е. объем жидкой фазы, отфильтровавшийся за 30 мин, больше объема в стакане прибора. Положение риски прибора в процессе измерений наблюдают через 10, 15, 20, 25, 30, 45 с и 1, 2, 3, 5 и 10 мин с момента открытия клапана.

    Величина условной водоотдачи может быть получена расчет­ным путем по формулеclip_image062

где В30 — условная водоотдача за 30 мин, см3; Вt— количество жидкости, отфильтровавшейся из тампонажного раствора за время t, см3; t— время от начала опыта, мин.