Промывочные жидкости и растворы - Глиноцементные растворы

Глиноцементные растворы

 

Глиноцементные растворы широко применяются вследствие технологичности приготовления и использования и простоты ре­гулирования свойств. Они представляют собой глинистый рас­твор со структурирующей добавкой, в качестве которой исполь­зуется тампонажный цемент или комбинация цемента с жидким стеклом.

Глиноцементные растворы при высоких структурно-механических и закупоривающих свойствах хорошо прокачиваются насо­сами, так как в поглощающую зону они нагнетаются в основном через бурильные трубы. По прочностным свойствам структуры и характеру нарастания прочности во времени они занимают промежуточное положение между глинистыми и цементными рас­творами.

Глиноцементные растворы, перекачиваемые насосом, тампо­нажного камня не дают, конечный продукт упрочнения — глино-подобная масса, надежно перекрывающая каналы ухода промы­вочной жидкости. В этом случае большое значение имеют уп­рочнение структуры раствора, структурообразование, стабилиза­ция.

По интенсивности воздействия структурирующих добавок на структурно-механические характеристики глиноцементных рас­творов глины располагаются в следующем порядке: бентонито­вые, иллитовые и каолиновые. Однако бентонитовые глины очень чувствительны к добавкам, вследствие чего сложно регулиро­вать структурно-механические свойства при сохранении прока-чиваемости растворов на базе бентонитовых глин. Поэтому для практики больше приемлемы менее качественные глины, колеба­ния свойств которых при отклонениях от рецептуры не столь чувствительны. Добавки цемента в глинистые растворы из као­линовых глин составляют (на 1 м3 исходного раствора) от 30 до 100 кг, они обусловлены требованием прокачиваемости рас­твора.

 clip_image105

               Рис. 74.                                          Рис. 75.

 Рис. 75. Зависимость пластической прочности тампонажных растворов с добавками

жидкого стекла, напол­нителя и их комбинаций от содер­жания глины в исходном растворе:

1 — исходный раствор; 2 — раствор с до­бавкой 10 кг/м3 жидкого стекла; 3 — рас­твор с добавкой 50 кг/м3 древесных опи­лок; 4 — раствор с введением одновремен­но указанных компонентов

 Наибольшее значение для интенсивности роста прочности структуры глиноцементных растворов имеет содержание глины. Для примера на рис. 74 приведен характер изменения прочности структуры (пластической прочности) тампонажного раство­ра в зависимости от плотности исходного глинистого раствора, приготовленного из глин Дружковского месторождения; время стабилизации 60 мин. При росте плотности исходного глинисто­го раствора с 1,16 до 1,21 г/см3 (что соответствует увеличению содержания глины на 31%) пластическая прочность структуры повышается в 2 раза при содержании цемента 30 г/л, почти в 2,5 раза при содержании цемента 60 г/л и в 2,7 раза при содер­жании цемента 90 г/л.

Аналогичным образом, но при меньших добавках (от 5 до 15 г/л) действует жидкое стекло.

При введении наполнителей тампонажный раствор остается вязкопластичным на всех этапах упрочнения структуры. Допол­нительно появляется закупоривающий эффект, который приво­дит в конечном счете к уменьшению расхода тампонажного рас­твора. Гидрофильные наполнители (древесные опилки, кожа-«горох», подсолнечная лузга) активно влияют на характер ро­ста прочности структуры тампонажных растворов, повышая ста­тическое напряжение сдвига и пластическую прочность. В при­сутствии цемента влияние гидрофильных наполнителей резко возрастает. Это объясняется обезвоживанием дисперсной систе­мы вследствие впитывания воды наполнителями. Для глинистых растворов это аналогично повышению содержания глинистой фазы, для тампонажных растворов — уменьшению водотвердого отношения.

Наиболее приемлемы в качестве наполнителя древесные опил­ки как материал недефицитный и не влияющий ,в такой степени, как другие наполнители, на работу буровых насосов. Они явля­ются наиболее активными по степени воздействия на интенсив­ность роста прочности структуры.

На рис. 75 приведен характер влияния жидкого стекла, на­полнителя и их комбинаций с добавками цемента на прочность структуры раствора через 1 ч стабилизации при изменении со­держания глины в исходном глинистом растворе и содержании цемента 60 кг/м3.

Реологические показатели глиноцементных растворов с ро­стом содержания структурирующих добавок значительно уве­личиваются. Так, добавка 30 кг/м3 цемента приводит кувеличе­нию структурной вязкости на 18—20%, динамического напряже­ния сдвига в 2—4 раза, что ведет к значительному повышению гидравлических сопротивлений при перекачке глиноцементных растворов. Упрочняясь, они остаются телами Шведова — Бингама.

 

Глинистые пасты

 

Нередко для ликвидационного тампонирования и борьбы с поглощениями используются пластичные глины и глинистые па­сты. Пластичные глины используются в виде шариков, забрасываемых с поверхности или доставляемых в колонковых тру­бах. Глинистые пасты представляют собой составы с высоким содержанием твердой фазы. Наиболее проста смесь глины с во­дой в соотношении от 1 :0,5 до 1:1. Такие пасты являются не-прокачиваемыми системами и доставляются в зону тампониро­вания заливкой через устье и в колонковых трубах. Свойства глинистых паст не контролируются.

Более сложный состав имеет паста, получаемая из глинисто­го раствора, обработанного кальцинированной содой — добав­кой 10—15% известкового молока. При перемешивании смесь быстро густеет, образуя плотную липкую массу, которая не име­ет растекаемости по конусу АзНИИ.

Глинистые пасты на нефтяной основе представляют собой смесь глинопорошка (обычно бентонита) и дизельного топлива или нефти в соотношении примерно 1:1. При смешивании такой тампонирующей смеси с промывочной жидкостью в скважине глина гидратируется и образуется прочная пластичная масса. Смесь довольно легко прокачивается насосом и проходит в тре­щины проницаемого пласта. При закачке соляро-бентонитовых паст через бурильные трубы для ускорения гидратации в затрубное пространство заливают воду или глинистый раствор примерно с такой же подачей.

В последние годы начинают применять глинистые пасты с полимерными коагулирующими добавками, что позволяет полу­чать высококонсистентные составы при относительно неболь­шом содержании твердой фазы.