3.2. Приготовление и закачка в скважину тампонажных растворов (составов) при проведении рир с применением неселективных методов

Цементные растворы (Ц.Р.) получаются путем смешения портландцемента с технической пресной водой. Цементы выпускаются для низких и нормальных температур (15-50°С), умеренных температур (51-100°С) и «повышенных» температур (101-150°С).

По времени начала схватывания Ц.Р. делятся на быстросхватывающиеся (менее 40 мин), ускоренносхватывающиеся (40мин-1ч20мин), нормальносхватывающиеся (1ч20мин-2ч) и медленносхватывающиеся (более 2ч). По плотности Ц.Р. делятся на легкие (до 1300 кг/м³), облегченные (1300-1750 кг/м³), нормальные (1750-1950 кг/м³), утяжеленные (1950-2200 кг/м³), тяжелые (выше 2200 кг/м³). К параметрам Ц.Р., которые надо регулировать в зависимости от конкретных условий, относятся срок схватывания, плотность, водоотдача, реологические свойства, седиментационная устойчивость. К параметрам цементного камня относятся механическая прочность, проницаемость, коррозионная устойчивость и др.

Для увеличения сроков схватывания Ц.Р. применяют реагенты-замедлители: ССБ, НЧК до 0,5%, КМЦ – 0,5-0,6% и др. Для ускорения сроков схватывания применяют хлориды натрия и кальция соответственно 2-8 и 5%, каустическую соду (0,3-0,5%), хлористый алюминий (2%), кальцинированную соду (1-5%), жидкое стекло (5-15%) и др. Хлористый кальций является самым эффективным ускорителем сроков схватывания Ц.Р. и обеспечивает высокую прочность цементного камня на изгиб (до 4,7 МПа). Затем, по степени влияния на срок схватывания Ц.Р., располагаются сульфат натрия (Na₂SO₄), силикат натрия (Na₂SiO₃), ХКН (смесь хлористого кальция и натрия). В то же время по степени влияния на адгезионные свойства цементного камня CaCl₂ занимает последнее место: NaCl > XKH > Na₂SiO₃ > Na₂SO₄ > CaCl_2. Поэтому лучше применение ХКН. Одновременное уменьшение сроков схватывания цементного раствора, повышение прочности и адгезии цементного камня достигается путем добавления в цемент 40-60 % масс. нитрита натрия (NaNO₂) плотностью не менее 1183 кг/м³ и содержанием в своем составе сульфата натрия. Для снижения плотности Ц.Р. применяют КМЦ, гипан, пластмассы плотностью около 1000 кг/м³, бентонитовые глинопорошки, хорошо удерживающие воду. Для повышения плотности Ц.Р. применяют барит, гематит, магнетит, кварцевый песок.

Водоцементное отношение (В/Ц) изменяется от 0,38 до 0,6, чаще применяют В/Ц=0,5.

Количество тампонажного цемента в тоннах для приготовления 1 м³ Ц.Р. определяется по формуле: G=ρ_т* ρ_в/ (ρ_в+m* ρ_т),

где ρ_т, ρ_в – плотность тампонажного цемента и жидкости затворения – воды в г/см³; m – В/Ц.

Объем воды для приготовления 1м³ Ц.Р. определяется по формуле:

V_в=G*m/ ρ_т

Расход сухого цемента для 1м³ воды затворения определяется по формуле: G₁= ρ_в/m.

Синтетические смолы ТСД-9 и ТС-10 представляют собой смесь суммарных сланцевых фенолов, раствора едкого натра, водорастворимых гликолей и этилового спирта. Они – однородная жидкость темно-коричневого цвета с резким неприятным запахом, хорошо растворяются в пресной воде. Плотность 1110-1160 кг/м³, вязкость 70-125 мПа*с (ТСД-9) и 700-750 мПа*с (ТС-10), температура замерзания около минус 50°С. Тампонажные растворы готовят путем смешения смол с отвердителем – формалином в соотношении 1:0,5 (ТСД-9) до температуры 40°С или уротропином - при температуре выше 40°С. Для ускорения срока схватывания применяют едкий натр. Прочность отвержденного полимера через 2 сут достигает 2-2,5МПа. Полимер не растворяется в пресной и минерализованных водах, в растворах кислот и щелочей, в углеводородах.

Карбамидоформальдегидная смола КФ-Ж представляет собой однородную суспензию от белого до светло-желтого цвета, плотность 1260-1280 кг/м³, массовая доля сухого остатка 67%, вязкость по вискозиметру ВЗ-1 (сопло 5,4мм) после приготовления – 40-60 с, после 60 сут – 180с, рН=7-8,5, температура замерзания минус 14-18⁰С. В качестве отвердителя применяется алюмохлорид, ускорителя отверждения – соляную кислоту 2%, замедлителя – водный раствор аммиака. Алюмохлорид представляет собой жидкость светло-желтого и серого цвета с зеленоватым оттенком, плотностью 1181-1247 кг/м³ с содержанием основного вещества (AlCl₃) 200-300 г/л, рН товарного раствора 0,8-2,0. При соотношении смолы и алюмохлорида 1:0,2 время отверждения раствора 90мин; 1:0,4 – 60 мин. Добавление в смолу 0,3 массовых частей 2%-ного раствора соляной кислоты приводит к отверждению состава через 3 мин при температуре 25°С.

При высоких температурах (70-110⁰С) на кинетику отверждения смолы КФ-Ж доминирующее влияние оказывает кислотность отвердителя. Поэтому в качестве отвердителя могут применяться кремнефтористый натрий Na₂SiF₆ (70-80⁰C), хлористый натрий и хлористый калий (90-100⁰С). При температуре 110⁰С смола КФ-Ж отверждается в упругий полимер без отвердителя.

Для снижения усадки камня из смолы КФ-Ж предложена добавка цеолита (кристаллита) NaA в отвердитель алюмохлорид в соотношении 1:4 и 1:5.

Пеноцементные растворы (ПЦР1) имеют низкую плотность и поэтому применяются в условиях низкого пластового давления и большой приемистости. ПЦР закупоривают высокопроницаемые пропластки вследствие прилипания пузырьков воздуха к поверхности водопроводящих каналов и возникновения начального давления сдвига, т.к. пена является вязкопластичной упругой системой и поэтому обладает структурно-механическими свойствами. Под действием упругой энергии ПЦР будет перемещаться вверх по заколонному пространству, что важно при восстановлении цементного кольца, изоляции водоносных пластов. ПЦР готовится следующим образом. Цементный раствор из цементосмесительной машины подается в мерную емкость ЦА. Сюда же подается водный раствор ПАВ 0,3-0,5% концентрации (ОП-10, ДС-РАС, сульфонол НП-3 и др.) и происходит их перемешивание (для приготовления 1м³ пенообразующего раствора используется 3-5 кг ПАВ). Затем цементный раствор с ПАВ подается в аэратор. Одновременно через обратный клапан в аэратор поступает воздух из компрессора. При этом должна быть определенная степень аэрации (отношение количества воздуха к объему пенообразующего состава в зависимости от Р_пл (например, для Р_пл=5-10 МПа α=20-50). В аэраторе образуется ПЦР, который закачивается в НКТ. Продавочной жидкостью служит вода. После продавливания ПЦР в пласт скважину закрывают на 10-15 мин для стабилизации давления. Затем постепенным открыванием крана (задвижки) снижают давление на устье скважины и приступают к вымыванию излишек ПЦР обратной промывкой. В процессе закачки ПЦР в НКТ давление закачки будет снижаться. В дальнейшем может произойти отрыв струи ПЦР с образованием вакуума в НКТ, что затрудняет контроль за движением ПЦР и ухудшает качество ПЦР из-за разделения фаз с образованием воздушных подушек. Для предотвращения этого явления в затрубном пространстве создается противодавление, если имеется круговая циркуляция. В противном случае в конце НКТ создается сопротивление путем уменьшения поперечного сечения НКТ.

Полимерные цементные растворы (ПЦР2) получают путем добавления в цементный раствор смол или других полимеров, отверждающихся в щелочной среде, так как сам цементный раствор имеет высокую щелочность. Добавки смол или полимеров увеличивают водонепроницаемость камня, прочность на растяжение, упругие свойства, химическую стойкость и сцепление с другими материалами. Известны ПЦР2, получаемые с добавлением смол ФР-12, ТСД-9, ТС-10. ПЦР2 приготавливают следующим образом. Вначале готовят раствор смолы ТСД-9 и формалина в соотношении 2:1. Затем на этой смеси затворяют цемент. Отношение объема жидкости затворения к массе цемента составляет 0,5-0,7.

На практике применялись ПЦР2, состоящие из 100% цемента, 20% смолы ТСД-9, 6% формалина и 28% воды. При содержании смолы ТСД-9 в количестве 15-20% усадка камня в пластовой воде не превышает усадки цементного камня. ПЦР2 с добавлением смолы ТСД-9 и ФР-12 обладают пониженной фильтратоотдачей по сравнению с водоцементными растворами. Это играет положительную роль в увеличении сцепления цементного камня с породой и металлом обсадных труб. Так, герметичность системы камень-глинистая корка-порода длиной 0,3м нарушается при ∆р=2,34МПа, а для нарушения контакта ПЦР2 со смолой ТСД-9 требуется 5,9 МПа, с ФР-12 – 7,8 МПа. Герметичность системы камень-металл не нарушается при давлении до 8,5 МПа. Следовательно, наиболее вероятным участком нарушения герметичности является зона контакта камня с глинистыми горными породами. Предел прочности тампонажного камня на изгиб не является показателем однозначно характеризующим его разобщающие свойства. Это исходит из того, что наибольшее сопротивление гидропрорыву отмечается на контакте ПЦР2 на основе смолы ФР-12, хотя прочность его значительно ниже прочности цементного камня. Камень из ПЦР также более коррозионностойки.

На промыслах ПЦР2 применяли для цементирования колонны в интервале продуктивного пласта. Он составлял 80-100м (для скважин Ромашкинского м-я). Приготовление и закачка ПЦР проводится по следующей схеме. В одной половине мерной емкости готовится раствор смолы и формалина. После закачки в скважину основного объема обычного цементного раствора последнюю порцию цемента (2-3 т) готовят на водно-формалиновом растворе смолы и закачивают в скважину. Для предотвращения уменьшения плотности ПЦР2 (снижалась от 1840 до 1600кг/м³)из-за снижения содержания цемента в растворе используются насадки в смесительной камере цементосмесительной машины. Например, насадка диаметром 14,5 мм обеспечивает повышение давления нагнетания до 1,8 МПа, что поддерживает плотность раствора 1840 кг/м³.

Неселективные методы с применением реагентов, образующих водоизолирующую массу в результате взаимодействия между собой.

Жидкое стекло (Na₂SiO₃) образует гель в присутствии ионов поливалентных металлов пластовых вод. Его закачивают в скважину между двумя пробками буферной жидкости из пресной воды. Имеет низкую эффективность при изоляции слабоминерализованных вод. В этом случае предлагают до и после жидкого стекла закачивать в пласт раствор соляной кислоты или хлористого кальция. Жидкое стекло выпускается в виде густой жидкости желтого или серого цвета плотностью 1360-1500 кг/м³, с массовой долей двуокиси кремния (SiO₂) 27-33%.

Предложена последовательная закачка SO₂ и H₂S, после смешения которых выпадает сера, которая закупоривает поры обводненного интервала пласта. Также в результате последовательной закачки MgCl₂, а затем NaOH (или NH₄OH, Ca(OH)₂, KOH) в порах пласта образуется объемистый осадок Mg(OH)₂. Проводимость высокопроницаемых обводненных интервалов пласта может быть снижена путем закачки CaCl₂ и Na₂CO₃.

Технические средства применяются для отключения обводненных пластов и нижней обводненной части нижнего перфорированного пласта.

Пакеры (гидравлические, механические, гидромеханические) применяются для отключения верхних обводненных пластов. Более надежно для этой цели использовать два пакера – сверху и снизу пласта. При использовании одного пакера (снизу пласта) необходим тщательный контроль уровня жидкости, давления в затрубном пространстве, так как отключаемый пласт остается открытым над пакером. Продолжительность эффекта изоляции пласта зависит от качества резины. Недостатком этого метода является невозможность «связи» с продуктивным пластом по затрубному пространству для подачи ингибиторов соле- и парафиноотложений, проведения РИР без подъема ГНО и др.

Разбуриваемый взрыв–пакер применяется для отключения нижней обводненной части перфорированного пласта. В этом случае сохраняется возможность повторного включения в эксплуатацию нижней части пласта путем разбуривания взрыв-пакера.

Отключение верхнего пласта пластырем производится путем расширения продольно-гофрированной металлической трубы до плотного контакта с внутренними стенками эксплуатационной колонны. Для этого через пластырь протягивают дорнирующую головку с помощью специального устройства ДОРН. При этом осевые усилия не передаются на колонну и НКТ, так как нижняя часть пластыря расширяется с помощью гидроцилиндров под давлением до 20 МПа. Остальная часть пластыря расширяется при протягивании дорнирующей головки талевой системой. Длина пластыря не более 9м, толщина стенок 3 мм. В АНК «Башнефть» в 1985-1995 гг. пластыри были установлены в 50 скважинах, но в большинстве случаев – для изоляции интервала негерметичности колонны.

Колонна-летучка также используется для отключения верхнего обводненного пласта. При этом толщина непроницаемой перемычки между обводненным верхним и нижним нефтенасыщенным пластом должна быть не менее 4м. Это относится и к другим техническим средствам. Если указанная толщина менее 4 м, то производят предварительную изоляцию отключаемого пласта закачкой тампонажного раствора. В качестве колонны-летучки используются 114-мм безмуфтовые или с расточенными муфтами обсадные трубы. Могут использоваться толстостенные (9-мм) нефтепроводные трубы без муфтовых соединений.