Новые добавки для эффективного решения технологических задач при цементировании скважин
Заключительной стадией строительства нефтяных и газовых скважин является крепление затрубного пространства колонны обсадных труб тампонажными растворами с целью создания долговечного, прочного изолированного канала.
The article presents new developments of well cements Group of companies Mirrico.
Технологические ошибки в необратимом процессе формирования цементного камня в заколонном пространстве могут привести к некачественному разобщению пластов, значительным экономическим затратам по ликвидации брака и в конечном счете свести к нулю ожидаемый эффект качества цементирования.
- физико-химические свойства буровых и тампонажных растворов, их совместимость;
- режим движения промывочных жидкостей в заколонном пространстве и время контактирования со стенкой скважины;
- центрирование колонны, режим движения тампонажных растворов;
- применение автоматизированных агрегатов, дополнительных устройств и т. д.
В настоящее время, в период увеличения доли разрабатываемых месторождений со сложными геологическими условиями, когда возрастают требования по рациональному недропользованию и экологической безопасности, возникает необходимость уделять особое внимание качеству завершающей стадии строительства скважины — ее креплению.
Повышающиеся требования к качеству цементирования диктуют необходимость расширения базисной линейки добавок для цементных растворов и разработки новых высокоэффективных композиций.
Группа компаний «Миррико» в течение 10 лет осуществляет разработку решений и комплексные поставки реагентов, материалов и добавок для всех этапов строительства нефтяных и газовых скважин. Собственная научно-техническая база, производственные мощности и квалифицированный персонал позволяют разрабатывать и внедрять уникальные реагенты. Результатом создания отдела химических реагентов для цементирования в составе ООО «Промышленная химия» стало расширение линейки продукции под торговой маркой ATREN. К настоящему времени линейка добавок для цементирования ГК «Миррико» включает понизители водоотдачи, пеногасители, пластификаторы, замедлители, буферные композиции, стабилизаторы, армирующие агенты, наполнители. Данные реагенты успешно применяются буровыми и сервисными компаниями, позволяя решать технологические задачи высокого уровня, при этом повышая качественные результаты.
Как известно, для полной гидратации цементного порошка необходимо наличие 0,4-кратного количества воды от его массы. При этом только 60% ее связывается химически, остальные 40% исходной воды остаются в порах цементного геля в слабосвязанном состоянии. Под воздействием температуры, давления и агрессивной среды протекают процессы седиментации и фильтрации тампонажного раствора, приводящие к увеличению проницаемости цементного камня, ухудшению прочностных характеристик крепи и нарушению целостности ее структуры. Традиционное использование полимерных композиций для снижения показателя водоотделения не всегда оправдано, так как они удлиняют сроки гидратации цементных частиц, приводят к усадке цементного камня в условиях протекания процесса контракции.
Применение реагента Atren Light позволяет создавать облегченные седиментационно-устойчивые тампонажные системы. Тиксотропная добавка Atren Light вступает в реакцию с ионами кальция, образуя трехмерную гелеобразную сетку. Структура геля создает достаточную вязкость, что позволяет увеличивать водоцементное отношение без излишнего выделения свободной воды. Порошок Atren Light обычно смешивается в сухом виде с цементом в концентрациях 0,5 – 2% от веса цемента, при этом плотность цементного раствора может быть 1300 – 1700 кг/м 3 .
Как показывают экспериментальные данные (табл. 1) и опыт применения, глинопорошок плотностью 2600 кг/м 3 максимально снижает плотность цементного раствора до 1500 кг/м 3 , при этом водосмесевое отношение составляет 1. Дальнейшее понижение не представляется возможным по причине резкого ухудшения физико-механических свойств образующегося цементного камня.
Раствор с добавкой Atren Light имеет прочность, удовлетворяющую ГОСТ 1581-96, более короткие сроки загустевания и схватывания по сравнению с цементно-бентонитовыми смесями. Использование химического наполнителя Atren Light для облегчения цементных растворов с сохранением прочностных характеристик вместо гельцемента является целесообразным, а по отношению к промышленно выпускаемым облегченным цементам и экономически рентабельным.
Широкое распространение в технологиях крепления скважин получили алюмосиликатные полые микросферы АСПМ, позволяющие облегчать раствор до 1500 кг/м 3 при В/Ц=0,6 и содержании 10%. Увеличение концентрации АСПМ до 20% в цементной смеси позволяет достичь плотности тампонажного раствора вплоть до 1250 кг/м 3 (рис. 1), однако при этом увеличивается флюидопроницаемость, что негативно сказывается на качестве контакта на границах «порода – цемент» и «цемент – обсадная колонна». Поэтому оптимальное соотношение компонентов с применением микросфер должно составлять 90:10 или 85:15.
Тем не менее из-за большой разницы в удельных весах самого цемента и добавки АСПМ в цементном растворе под действием гравитационных сил протекают процессы седиментации, приводящие к расслоению всей системы. Введение добавки Atren Light в концентрациях 0,5 – 1,5% способствует равномерному распределению частиц цемента и АСПМ, получению однородной структурной матрицы с минимальным содержанием свободной воды. Это позволяет решить проблему всплытия микросфер, создав седиментационно-устойчивую дисперсную систему (рис. 2).
Уменьшением водотвердого отношения возможно добиться седиментационной устойчивости тампонажного раствора, однако при одновременном сохранении его подвижности необходимо вводить пластифицирующий агент.
Решением задачи обеспечения подвижности тампонажного раствора может служить применение добавки Atren Plast 1. В отличие от традиционных пластификаторов действие пластифицирующего агента Atren Plast 1 ввиду особенностей химической природы полимеров основывается на совокупности стерического и электростатического факторов. При этом эффективность данной добавки достигается при концентрации до 0,1% от массы цемента, а температура применения – до 1700С.
Как показывают лабораторные испытания (рис. 3), введение пластификатора Atren Plast 1 в тампонажный раствор плотностью 1,94 г/см 3 в концентрации 0,08% к массе смеси значительно снижает реологические характеристики раствора.
Эффективность пластифицирующего действия Atren Plast 1 в 3 – 4 раза больше по сравнению с традиционным пластификатором С-3 на сульфонафталиновой основе.
В скважинных условиях, при высоких давлениях, во избежание потери значительного количества отфильтрованной воды необходимо использовать понизитель фильтрации. Добавление химического реагента Atren Cem производства ГК «Миррико» к цементному раствору позволяет значительно снизить показатель фильтрации, уменьшить водоотделение; при этом данный понизитель фильтрации обладает совместимостью со всеми классами цемента, а также со многими добавками других производителей.
Одним из высокоэффективных продуктов для подготовки ствола скважины перед цементированием, предлагаемых ГК «Миррико», является химический отмывающий буфер Atren Spacer W на основе водного раствора смеси поверхностно-активных веществ, комплексонов и полезных добавок. Данный реагент в ходе лабораторных тестов и промышленного применения на месторождениях Западной Сибири доказал свою эффективность по сравнению с другими отмывающими буферными жидкостями. Моющий буфер Atren Spacer W активно разрушает и смывает глинистую и углеводородную корку при расходе 3 – 4 кг на 1 м 3 раствора, что обеспечивает полную очистку затрубного пространства скважины.
Совместное применение в технологических процессах понизителя фильтрации Atren Cem, пластификатора Atren Plast, отмывающего буфера Atren Spacer W, наполнителя Atren Light, пеногасителей Atren Antifoam и других реагентов, поставляемых группой компаний «Миррико», способствует повышению качественных показателей процесса крепления нефтяных и газовых скважин.
Специалисты Группы компаний «Миррико» готовы предложить высокоэффективные решения технологических задач цементирования с применением химических реагентов, удовлетворяющих различным геолого-техническим условиям.