Классификация тампонажных материалов
С целью более обоснованного подхода к выбору тампонажных материалов, свойства которых должны полнее соответствовать решению поставленной при РИР задаче, а также расширения возможностей маневрирования в использовании взаимозаменяемых материалов в исходных геолого-промысловых условиях и технологических схемах обобщена классификация тампонажных химических реагентов и композиций, основанная на физико-химических принципах их воздействия на вмещающую среду с учетом их дисперсного состояния и механизма формирования пространственной структуры в гелеобразных композициях и твердых телах.
Основываясь на теоретическом фундаменте химических наук, в частности, на общих представлениях, развитых в коллоидной химии и физико-химической механике дисперсных систем, подобный подход позволяет привлечь внимание специалистов не к химическим особенностям состава тампонажных материалов, а к функциональным возможностям каждого класса, определяемым преимущественно их физическим состояниям, дисперсностью, структурно-механическими свойствами, характером взаимодействия модифицирующих и изоляционных материалов с сопредельными поверхностями, а после отверждения материала – типом пространственной структуры, энергией связи структурообразующих элементов, степенью его наполнения твердой фазой.
По предлагаемой классификации растворы химических соединений и поликомпонентные композиции, используемые при РИР, можно разделить на 4 основных типа.
1. Твердеющие вяжущие вещества – концентрированные дисперсии неорганических и органических веществ в водной и неводной дисперсионной среде, образующие прочную конденсационно- кристаллизационную структуру по всему объему материала. К ним относятся:
- дисперсии органических и кремнийорганических смол с химическими отвердителями. Изолирующие свойства камня зависят от прочности химических связей, микроструктуры твердого тела, наличия наполнителей;
- дисперсии неорганических вяжущих гидратационного твердения, обусловленного образованием новых гидратных соединений и их срастания. Изолирующие свойства камня зависят от химического состава вяжущего, степени заполнения объема камня твердой фазой, армирования наполнителем.
2. Гели – системы с неорганической или органической твердой фазой высокой степени дисперсности, с водной и неводной дисперсионной средой, в которых имеется пространственная структура. К ним относятся:
- классические гели – чаще всего обладают структурой коагуляционного типа из первичных частиц или агрегатов (доменов, агломератов) связи, между которыми отличаются низкой энергией, легко разрушаются под влиянием механического воздействия и восстанавливаются в покое. Их изоляционные свойства основаны на высокой проникающей способности (создание протяженных экранов в тонкопористых средах) и устойчивости пространственной структуры к влиянию внешних агрессивных сред;
- частично отверждаемые гели, получающиеся в результате взаимодействия первичного геля с флюидами, породой, химическими реагентами, температурного превращения, введения химически активного наполнителя, в котором частично взамен коагуляционных связей возникли химические; причем возможно взаимопроникновение двух типов структур: коагуляционной и конденсационно-кристаллизационной с широким спектром энергий связи;
- ксерогели – отвержденные вследствие образования химических связей гели, тем или иным способом утратившие дисперсионную среду (растворитель).
3. Наполнители – неорганические и органические порошки различной степени дисперсионности и их взвеси в водных или углеводородных жидкостях, не изменяющие своего физического состояния при введении в изолируемые полости и после отфильтровывания жидкой фазы, воздействие которых на вмещающую среду обусловлено стерическим соответствием размеров частиц (агрегатов) и полостей. Эти же соединения могут выступать в качестве организаторов пространственной структуры в гелях полимеров, смол, дисперсиях из неорганических вяжущих, что в отдельных случаях может сопровождаться поверхностными химическими реакциями. Основные представители: пирогенные кремнеземы, молотые природные и техногенные алюмосиликаты, асбест, графит, кальцит, песок, гранулированные и непереработанные отходы твердых полимерных материалов, вспученные минералы, минеральные и углеводородные волокна и т.д.
Особым видом наполнителей следует считать твердые осадки из дискретных частиц или агрегатов, глобул, флокул, образующихся после закачивания в изолируемые полости двух или нескольких водных растворов вследствие химического воздействия последних или снижения растворимости первично закачанного (импрегнированного) истинного раствора полимера органической или неорганической природы. Последних от гелей отличает отсутствие пространственной структуры, объединяющей агрегаты в коагуляционной сетке кремнезема. Сюда относятся комбинации из различных солей, осадки от коагулиции жидкого стекла, золи аэросилов, осадки разбавленных водорастворимых полимеров.
4. Адсорбтивы – химические соединения, воздействующие на поровые или иные поверхности, приводящие к изменению ее природы за счет ионного обмена, химической или физической адсорбции, химической реакции в тонком поверхностном слое. К ним относятся:
- гидрофилизаторы – разбавленные растворы водорастворимых полимеров, ПАВ и др.;
- гидрофобизаторы – кремнийорганические низкомолекулярные соединения, жирные кислоты, ПАВ, эмульсии лиофобных полимеров в неводной среде и др.;
- катион – или анионактивные электролиты, соли, основания, кислоты.
При планировании ремонтно-изоляционных работ следует учитывать, что значительное влияние на выбор типа тампонажного состава и его компонентов оказывают размеры каналов в скважине, в которые производится нагнетание. Анализ конкретных скважинных условий, а также дисперсной фазы суспензий позволит осуществить правильный выбор тампонажного состава, его проникающей и кольматирующей способности. Поэтому следует учитывать размеры частиц основных компонентов тампонажных составов, которые приведены в приложении 1 (таблица П.1.1), а данные о размерах флюидопроводящих каналов в породах приведены в приложении 1 (таблица П.1.2).
Таблица П.1.1.