9. Технология приготовления тампонажных составов.
1). Портландцементный тампонажный раствор с микродобавкой органоаэросила состав 1 (см. таблицу П.2.1). При использовании гидрофильных органоаэросилов (АДЭГ, КОА, АЭА) добавка вводится в воду затворения цементного раствора и перемешивается в течение 10-15 минут. В случае гидрофобных органоаэросилов (АМ, БА) смешение добавки с цементом производится в сухом виде. В этом случае необходимо обеспечить равномерность распределения добавки в объеме смеси.
Пример: для приготовления 0,8 м3 тампонажного состава в 0,5 м3 воды ввести 1 кг АДЭГ и затворить 1 т цемента.
2). Метилаэросильный цементный раствор – состав 4. Для приготовления тампонажного состава необходимо метилаэросил смешать с цементом в сухом виде, обеспечив равномерность распределения добавки в объеме смеси.
Пример: для приготовления тампонирующей смеси необходимо 20 кг метилаэросила смешать в сухом виде с 1 т цемента и затворить в 0,68 м3 воды.
3). Цементно-латексный раствор с добавкой карбоксиаэросила – состав 5.
Добавки вводятся в воду затворения в следующей последовательности: вначале растворяется хлористный натрий, затем добавляется латекс и карбоксиаэросил и производится перемешивание в течение 5-10 минут. На приготовленном растворе затворяется цемент.
Пример: в 0,5 м3 воды растворяется 19 кг хлористого натрия, размешивается 19 кг карбоксилатного дивинилстирольного латекса БСК-75/2 и 5 кг карбоксиаэросила. На полученной суспензии затворяется 1 т цемента.
4). Цементно-полимерный раствор с добавкой диэтиленгликольаэросила – состав 6. Вначале в воде растворяется полимер, затем вводится АДЭГ, и после перемешивания в течение 10-15 минут затворяется цемент.
Пример: в 0,5 м3 воды растворить 2,5 кг полиэтиленоксида, добавить 5 кг АДЭГ и после перемешивания затворить 1 т цемента.
5). Шлакопесчаноцементный раствор с добавкой диэтиленгликоль- аэросила – состав 7. Приготовление тампонирующего состава производится в соответствии с таблицей П.2.1.
Пример: в 0,48 м3 воды растворить 5 кг карбоксиметилцеллюлозы, ввести 10 кг АДЭГ и после перемешивания затворить 1 т шлакопесчаного цемента.
6). Портландцементный раствор с добавкой органоаэросила – состав 2. Приготовление тампонирующего состава производится в соответствии с таблицей П.2.1.
Пример: в 0,5 м3 воды ввести 5 кг АДЭГ и после перемешивания затворить 1 т цемента.
7). Шлакопесчаноцентный раствор с добавкой органоаэросила – состав 3. Приготовление тампонирующего состава производится в соответствии с таблицей П.2.1.
Пример: в 0,5 м3 воды ввести 15 кг АДЭГ и после перемешивания затворить 1 т шлакопесчаного цемента.
8). Цементоасбестовый раствор с добавкой метилаэросила (нормальной плотности) – состав 8. Асбест и метилаэросил смешивают в сухом виде с цементом при обеспечении равномерности распределения добавок в объеме смеси.
Пример: смешать в сухом виде 10 кг метилаэросила и 20 кг асбеста с 1 т цемента и затворить смесь в 0,48 м3 воды.
9). Цементно-асбестовый раствор с добавкой метилаэросила (пониженной плотности) - состав 9. Тампонажный состав готовится в соответствии с таблицей П.2.1.
Пример: смешать в сухом виде 20 кг метилаэросила, 40 кг асбеста с 1 т цемента и затворить смесь в 0,75 м3 воды.
10. Требования безопасности при работе с органоаэросилами.
Органоаэросилы – производные аэросила, пожаро- и взрывоопасны, токсичны.
Вовнутрь организма человека аэросилы попадают через органы дыхания. Вдыхание пыли аэросилов вызывает заболевание «силикоз», проявляющееся в виде фиброза легких.
Предельно допустимая концентрация пыли в воздухе рабочей зоны производственных, складских помещений – 1 мг/м3. По степени воздействия на организм человека органоаэросилы относятся к веществам умеренно опасным (3 класс).
Пыль аэросилов в воздухе производственных помещений определяется по техническим условиям на момент определения в воздухе свободной двуокиси кремния в присутствии силикатов.
Работы с органоаэросилами должны выполняться в спецодежде, спецобуви и предохранительных приспособлениях для органов дыхания (респираторах) в соответствии с действующими типовыми и отраслевыми нормами. Респираторы должны быть фабричного изготовления и иметь запас тампонов (вкладышей).
Перед приемом пищи необходимо мыть руки с мылом.
Складские помещения и лаборатории, в которых проводятся работы с аэросилами, должны быть обеспечены проточно-вытяжной вентиляцией, поддерживающей содержание двуокиси кремния в рабочей зоне, не превышающей предельно допустимую концентрацию.
Рабочие, занятые на погрузке, разгрузке и затаривании цемента, асбеста и органоаэросилов, должны проходить медицинский осмотр.
11. Характеристика модифицированных аэросилов. Органоаэросилы – модифицированные разновидности гидрофильно-гидрофобных и полностью гидрофобизованных аэросилов. Особенности их применения вызваны специфичностью действия каждого из них на какое-либо из технологически важных свойств цементных, цементно-полимерных и цементно-латексных дисперсий.
Органоаэросилы – бутосил, метилаэросил, диэтиленгликольаэросил, аминоэтоксиаэросил, карбоксиаэросил и т.д. получают замещением гидроксильных (ОН-) групп на поверхности аэросила органическими функциональными группами различной природы.
Диэтиленгликольаэросил (АДЭГ) синтезируют в присутствии диэтиленгликоля. Частицы имеют органическое покрытие следующего состава
[-O(CH2)2 -O(CH2)2 –OH] × n, соединенное с атомами кремния. АДЭГ – гидрофильно-гидрофобен, и поэтому его можно вводить как в сухой цемент, так и воду затворения.
Метилаэросил (АМ) получают реакцией с диметилдихлорсиланом при температуре 200 – 350о С. Метилаэросил выпускается со степенью замещения на 50, 75, 100, 300 %. При покрытии поверхности на 100 % диметилдихлорсилильными радикалами не остается структурных гидроксильных групп. Мителаэросил – гидрофобен, т.е. водой не смачивается. Смешивается с цементом в сухом виде, реже при неполном замещении гидроксильных групп поверхности добавляется в воду затворения.
Бутилаэросил (БА) получается при химическом взаимодействии дисперсного кремнезема с бутиловым спиртом. При модифицировании поверхности аэросила органическими бутаксилагруппами на 50 % является гидроксильно-гидрофобным. При модифицировании поверхности на 100 % - гидрофобен. Смешивается с цементом в сухом виде.
Карбоксилаэросил (КОА) – с составом поверхностного органического слоя [-O-R-COOH] . n (где R-алкил или арил). КОА – гидрофилен, вводится в воду затворения.
Аминоаэросил (АЭА) имеет состав поверхностного органического
слоя [O-C2H4NH2] .n с различным остаточным содержанием гидроксильных групп. АЭА – гидрофилен, вводится в воду затворения.
12. Выбор типа тампонирующего состава в зависимости от поглотительной способности изолируемой зоны. Тип тампонирующего состава выбирается в зависимости от поглотительной способности изолируемой зоны, которая приближенно характеризует величину раскрытости каналов. Для оценки поглотительной способности используется коэффициент удельной приемистости
,
где Q – расход жидкости при определении приемистости, м3/час;
Р – давление при определении приемистости, МПа.
Глубина и степень кольматации пористой среды и каналов с малой величиной раскрытости повышается с увеличением количества высокодисперсной фракции в объеме тампонажного раствора. В каналах с большой раскрытостью кольматация производится грубодисперсными частицами.
По степени возрастания дисперсности твердой фазы тампонажные составы располагаются в следующей последовательности (см. табл. П.2.1):
5 < 4 < 6 < 1 < 7 < 2 < 3 < 8 << 9.
В зависимости от приемистости скважины рекомендуется применять следующие составы:
1,4 - 2,1 м3/(ч МПа) - составы 4, 5, 6 и 7;
2,1 – 2,8 м3/(ч МПа) - составы 8, 2 и 3;
более 2,8 м3/(ч МПа) - состав 9.
Состав 4 применяется при комбинированном способе тампонирования, остальные – при прямом.
Приложение 3.
(Гелеобразующие) тампонажные составы
Гелями называются структуры, образуемые коллоидными частицами или молекулами полимеров в форме пространственных сеток, ячейки которых заполнены жидкостью, обычно исходным растворителем. В зависимости от природы образующих их веществ различают гели, построенные из жестких частиц (или хрупкие гели), и гели, образованные гибкими макромолекулами (или эластичные гели-студни).
Гели на основе полимеров получаются в результате образования в исходном растворе полимера пространственной сетки за счет «сшивки» макромолекулярных цепей химическими реагентами. Химические связи придают системе свойства малой подвижности, упругости и эластичности под действием внешнего силового поля. Такого рода гели способны сохранять структуру при значительных деформациях и восстанавливать частично или полностью свою форму после снятия нагрузки. К этому классу гелей относят вязкоупругие составы типа ВУС, ВУГ, ГФС. Эластичные гели способны сильно изменять свой объем (в несколько раз) при контакте с различными водными растворами при общем сохранении структуры и свойств.
К хрупким гелям относятся составы на основе неорганических силикатов, которые имеют конденсационную структуру, что обусловливает достаточно высокую механическую прочность (твердость) в сравнении с полимерными гелями. Однако эти гели в силу своего строения не способны выдерживать существенные деформации и необратимо разрушаются при нагрузках, превышающих их предел прочности. Хрупкие гели мало изменяют свой объем при смене жидкой фазы или изменении минерализации контактирующей воды. В связи с особенностями образования и строения этих гелей необходимо, чтобы в момент схватывания (образования структуры) в пластовых условиях составы находились в покое, т.е. процесс закачки и продавки в пласт был закончен.
Из всех гелей наиболее прочным, обладающим ярко выраженными свойствами твердого тела является состав АКОР на основе органических силикатов.
Полимерные гели в течение нескольких месяцев «стареют», что приводит к их существенной усадке (синерезису); наиболее устойчивы во времени гели на основе ПАА + смола (ТС-10 и др.) + формалин. Хрупкие гели в условиях, исключающих испарение воды, сохраняют свою структуру без заметного изменения объема в течение нескольких лет.
Объемные изменения тампонирующих гелей сильно зависят от вида контактирующих с ними жидкостей, интенсивности массообмена в зоне контакта. Основные сведения по рекомендуемым к применению гелям, помогающие обоснованно планировать их использование, приведены в таблице П.3.1. В условиях пористых сред, где тело геля пронизано каркасом коллектора, объемные и структурные изменения самого геля будут сказываться на водоизолирующей способности. В трещиноватых коллекторах такие изменения могут существенно ухудшать эту способность во времени, в связи с чем во многих случаях при обработке скважин целесообразна операция дополнительного цементирования.
Выбор конкретных рецептур гелеобразующих составов зависит от геолого-технических условий скважин каждого месторождения и требует использования специальных руководящих документов на их применение. При планировании и использовании гелеобразующих составов обязательно проведение контрольных анализов сроков гелеобразования выбранных составов для каждой партии поступающих исходных веществ и при необходимости - корректировка рецептур.
Положительным свойством полимерных гелей является возможность модификации их рецептур в зависимости от поставленной задачи. Например, полимерные гелеобразующие составы могут использоваться в обводненных нефтяных скважинах для доставки в пласт, хранения и дозированного выделения во времени различных химических реагентов (ПАВ, полимеров, ингибиторов солей и парофиноотложений). Для этого подбирается состав (содержащий как добавку химреагент), гель которого в пластовых условиях медленно растворяется или распадается за счет деструкции; при этом происходит постепенное в течение времени выделение химреагента. Такой принцип реализован технологией обработки обводненных фонтанных скважин, разработан совместно институтом ВНИИнефть и НГДУ «Приазонефть». Технология направлена на ограничения притока подошвенной воды и основана на порционно-последовательной закачке и продавке в пласт 8 – 16 м3 раствора ПАА с добавкой ПАВ и 8 – 16 м3 гелеобразующего «редкосшитого» состава (ПАА, бихромат натрия или калия, гипосульфит натрия) с ПАВ. На первом этапе происходит непосредственное блокирование путем прямой фильтрации подошвенной воды в скважину. В дальнейшем вода, обтекая созданный экран, обогащается полимером и ПАВ. Постепенное растворение и температурная деструкция «редкосшитого» полимерного состава обеспечивает длительность действия эффекта. Присутствие в продукции фонтанной скважины полимера и ПАВ облегчает запуск скважины после обработки, повышает эффективность газожидкостного подъемника и продлевает период устойчивого фонтанирования высокообводненных скважин. Технология применима в условиях гранулярного коллектора с температурой 50 – 100о С. Рекомендуемое содержание компонентов в 1 м3 рабочих растворов для обработки скважин:
Таблица П.3.1.
Основные сведения о тампонажных гелеобразующих составах
| Гелеобразующий состав | Температурный интервал применения, оС | Влияние повышен.темп-ры на струк турную прочн. гелей | Изменение объема геля при контактировании с | |||
высокоминерализованной водой хлоркальциевого типа,  = 1,8 г/см3
| маломинерализованной водой,
= 1,01 г/см3
| 10% р-ром соляной кислоты | 10% р-ром едкого натра | |||
| ПАА + смола (ТС10,ГРС) + формалин | 20-90 | Несущественное | Усадка на 10-20% | Незначительная усадка 2-5% | Сильная усадка на 20-40% | Набухание на 10-15% |
 ПАА + хром-калиевые квасцы
| 20-90 | Сильно ухудшается | Усадка на 5-10% | Набухание на 10-20% | Набухание на 20-30% | Растворяется |
| ПАА+хромпик +гипосульфит | 20-90 | Сильно ухудшается | Усадка на 10-30% | Усадка на 5-15% | Растворяется | Растворяется |
| Гипан+формалин+соляная кислота | 20-90 | Сильно ухудшается | Усадка на 10-30% | Усадка на 10-15% | Усадка на 20-40% | Набухание на 30-40% |
| Силикат натрия+соляная кислота (или хлористый аммоний) | 5-100 | Несущественное | Незначительная усадка на 2-5% | Незначительная усадка | Незначительная усадка | Растворяется |
| АКОР, АКОР-2, АКОР- 4 + кристаллогидрат хлорного железа (кислоты, кислые соли)+вода (водный раствор солей) | 30-120 | Несущественное | Усадка на 10-20% | Усадка на 10-15% | Усадка на 10-20% | Разрыхляется без потери агрегативной устойчивости |
1. Раствор полимера с ПАВ:
ПАА - 30 - 60 кг
сульфонол - 30 - 70 кг
2. «Редкосшитый» полимерный состав с ПАВ:
ПАА - 30 – 60 кг
бихромат натрия
(калия) - 1 – 2 кг
гипосульфит натрия - 1 – 2 кг
сульфонол - 50 – 75 кг
Порядок растворения компонентов следующий: ПАА, хромпик, сульфонол, гипосульфит натрия; гипосульфит натрия добавляется в раствор непосредственно перед закачкой в пласт.
Приложение 4.