все лекции по тампонажным растворам. все лекции тамп р-ров.. Лекция 1 Какие применяются методы снижения водоотдачи буровых растворов

• Название: Лекция 1 Какие применяются методы снижения водоотдачи буровых растворов
• Анкор: все лекции по тампонажным растворам
• Дата: 04.04.2022
• Размер: 6.72 Mb.
• Имя файла: все лекции тамп р-ров..docx
• Тип: Лекция; #441973
• страница: 2 из 7

Как классифицируются тампонажные смеси по срокам схватывания?

1) Быстросхватывающиеся БСС–сроки схватывания до 40 минут;

2) Ускоренносхватывающиеся- сроки схватывания до 80 минут;

3) Нормальносхватывающиеся-сроки схватывания до 120 минут;

4) Медленносхватывающиеся-сроки схватывания более 120 минут.

3. 
   Если растекаемость тампонажной смеси более 16 – 18 см, то это раствор или паста?
   

Раствор, который можно перекачивать с помощью насоса

4. 
   Какие свойства обусловили применение цементов?
   

1) высокая скорость твердения цементного раствора при достаточном времени сохранения подвижности при перемешивании с водой;

2) водостойкость твердеющего камня на воздухе и под водой;

3) обеспечение твердения ТС при широкомдиапозоне температур от -40 до +300 ⁰С;

4) цементные растворы хорошо сочетаются с наполнителями различного происхождения;

5) достаточная долговечность прочностных свойств цементного камня;

6) доступность сырьевой базы и недефицитность;

7) возможность твердения в сильноразбавленных суспензиях.

5. 
   Какое соединение обусловливает щелочная часть цементов?
   

CaO – составляет щелочную часть цемента

6. 
   Какое соединение обусловливает кислотную часть цемента?
   

SiO₂-составляет кислотную часть цемента

7. 
   Какие соединения образуются на первой стадии обжига?
   

СаОАl₂O₃

CaOFe₂O₃

Силикаты кальция на этой стадии не образуются.

8. 
   Какие соединения образуются на второй стадии обжига?
   

С₃А—3 СаОАl₂O₃ – трехкальциевый алюминат

С₄АF—4 СаОАl₂O₃Fe₂O₃ – четырехкальциевыйалюмоферрит.

9. 
   Какие соединения образуются на третьей стадии обжига?
   

при≈1250⁰С начинают образовываться силикаты

С₂S -- 2CaOSiO₂-белит (двухкальциевый силикат)

10. 
    Какие соединения образуются на четвертой стадии обжига?
    

при≈1450-1470⁰С

С3S -- 3CaOSiO₂-трехкальциевый силикат (алит)

11. 
    За какие свойства отвечают соединения входящие в состав цементов: алит?
    

С₃S-Алит обеспечивает быстрое твердение. Чем больше в составе цемента алита, тем быстрее происходит твердение цементного раствора. При повышении температурыалит реагирует более активно.

12. 
    За какие свойства отвечают соединения входящие в состав цементов: белит?
    

С₂S-Белит отвечает за прочностные свойства и долговечность камня. При повышении температуры белит более активно реагирует с водой.

13. 
    За какие свойства отвечают соединения входящие в состав цементов: трехкальциевый алюминат?
    

С₃А –трехкальциевыйалюминат. Наибольшая активность с водой на ранних стадиях гидратации цемента в составе цементных растворов что способствует формированию кристаллической структуры цементного камня.

14. 
    За какие свойства отвечают соединения входящие в состав цементов: четырехкальциевыйалюмоферрит?
    

С₄АF –четырехкальцыевыйалюмоферрит. Менее активен, чем С₃А, но лучше обеспечивает твердение при низких температурах,образуя основу кристаллической структуры цементного камня.

15. 
    Что означает присутствие в шифре вида цемента символов СС-1 и СС-2?
    

Высокий сульфатостойкости (СС-1)

Умеренной сульфатостойкости (СС-2)

Лекция №7. Физико-химия.

1) В чем заключается особенности физико-химических реакций при затворении цементов с водой?

1. 
   компоненты портландцемента в результате химмических реакций с водой образуют малорастворимые соединения, что определяет длительность сохранения свойств затвердевших компонентов в составе цементного камня;
   
2. 
   Образуются соединения, объем которых по сравнению с исходным увеличивается, что обеспечивает заполнение пор, пустот, каналов в интервале залегания горных пород при тампонировании;
   
3. 
   При взаимодействии с водой образуются соединения – новообразования с большой степенью дисперсности, что способствуют созданию герметичного камня;
   
4. 
   Реакции идут с выделением тепла (образуются термодинамически устойчивые соединения, что обеспечивает стойкость затвердевшего камня в различных температурных условиях);
   
5. 
   При затворении с водой образуются соединения с высокой степенью полимеризации кремний-кислородных радикалов SiO2, что обеспечивает баланс между кислотной и щёлочной частью затворенных цементных растворов.
   

2) Какие реакции протекают при затворении цемента с водой?

1. 
   Реакции гидратации (с присоединением молекул воды)
   

A (исходный компонент) +aq(вода)=A·aq (аквакомплекс)

2. 
   Реакции гидролиза (разложение водой)
   

A + aq = A’·aq + A” · aq

3. 
   Реакция гидротермального синтеза (присоединение молекул воды и образование аквакомплексов с более высокой молекулярной массой)
   

A+B+aq = А·B·aq

3) Какая структура образуется в первой области при твердении цементного раствора?

Неустойчивая структура.

4) Какая структура образуется во второй области при твердении цементного раствора?

ОБЛАСТЬ ПЕРЕХОДНЫХ СТРУКТУР. (есть коагуляционные структуры и образуются кристаллы – новообразования - С₃S·H₂O-гидроалит, CaSO_4, Ca(OH)₂)

5) Какая структура образуется в третьей области при твердении цементного раствора?

ОБЛАСТЬ СТАБИЛИЗИРОВАННОЙ СТРУКТУРЫ. (засчёт новообразований)

6) Какой клинкер-минерал в составе цемента способствует получению прочного образца цементного камня?

Компоненты портландцемента в результате химмических реакций с водой образуют малорастворимые соединения, что определяет длительность сохранения свойств затвердевших компонентов в составе цементного камня.

7 По какому параметру определяется степень гидратации цемента в составе цементного раствора?

Степень гидратации определяется по количеству выделяемого тепла (Q).

8) Какие факторы влияют на структуру и кинетику твердения цементного раствора?

1. 
   Изменение состава цемента (каждый состав цемента подбирается в зависимости от условий);
   
2. 
   Изменение дисперсности цементного порошка;
   
3. 
   Концентрация суспензии;
   
4. 
   Водоцементное отношение;
   
5. 
   Наличие и количество вводимых добавок;
   
6. 
   Механическое воздействие на твердеющую цементную суспензию (например, механическое воздействие (перемешивание) приводит к улучшению цементного камня).
   

9) В чем заключается процесс выщелачивания соединений цемента в составе цементного камня?

Это нарушение баланса между щелочными и кислотными компонентами цементного раствора, что приводит к ухудшению прочностных свойств цементного камня, загрязнению окружающей среды (водоносного горизонта, интервалов инфильтрации и аэрации).

10) При выщелачивании цемента сероводородом какое конечное соединение образуется?

Ca(HS)₂ + H2O → CaSO₄ 2 H₂O – образуется вторичный гипс, т.к. цемент превращается в гипс, то есть. прочность падает.

11) Какие выпускаются марки цементов для учета агрессивной среды?

-cульфатостойкие;

-для сероводороднойагрессии;

-магнезиальные цементы;

-для высокотемпературных условий.

Лекция №8. Свойства тампонажных смесей

1. При каком значении величины растекаемости достигается удовлетворительная всасываемость цементного раствор насосом?

Если Р ≥ (16÷18) см – то достигается удовлетворительная всасываемость насосом,можно такой раствор перекачивать с помощью насоса.

2. Для повышения водоудерживающей способности цементных растворов какие вещества необходимо вводить в их состав?

-вводить в состав ТС минеральные добавки, удерживающие воду (ввод бентонита и др.)

- вводить в состав цементных ТС полимерные реагенты- гидрофильные вещества, которые активно взаимодействуют с молекулами воды удерживая и в растворе и способствуя гидратации компонентов цемента.

3. Какая структура образуется в составе цементного раствора при достижении времени начала схватывания?

Это структура тиксотропная (т.е. их можно разрушить)– Н_схв. И при этом прочность затвердевшего камня не будет уменьшаться.

4. Какая структура образуется в составе цементного раствора при достижении времени окончания схватывания?

Время характеризует начало образования кристаллизационных структур, образованных продуктами гидратации компонентов цемента.

5. Что характеризует пластическая прочность цементного раствора?

-параметр, который характеризует сопротивление при внедрении штампа конусообразной формы при вязкопластичном разрушении структуры тампонажного раствора. Конический штамп навинчивается вместо иглы на цилиндр прибора Вика.

6. Какие необходимые технологические параметры определяются при исследовании пластической прочности тампонажного раствора?

Т_ст – время стабилизации (В тампонажной смеси образуется кристаллизационная структура, поэтому нельзя перемешивать и перекачивать ее после достижения времени стабилизации)

– критическое значение статического напряжения сдвига

– max давление, развиваемое насосом

d – внутренний диаметр бурильной трубы, по которой закачивается тампонажная смесь

L – глубина скважины на которую закачивается тампонажная смесь.

7. Какое свойство характеризует консистенция тампонажного цементного раствора?

1. 
   Консистенция – параметр, который характеризует подвижность ТС при её перемешивании,прокачивании. Характеризует изменение во времени сопротивления тампонажного раствора перемешиванию с помощью лопастной мешалки при неизвестных, но ограниченных скоростях сдвига.
   

8.Что применяется за время прокачиваемости тампонажного раствора насосом?

За время прокачивоемости принимают время, когда консистенция тампонажного раствора достигает 30 единиц Вс (Бердена).

9. Как соотносятся время прокачиваемости (начало загустевания) и время цементирования?

Время прокачиваемости (начала загустевания) должно быть на 20-25 % больше времени цементирования.

10. Какой параметр принимают за единицу консистенции?

За единицу консистенции Бердена принята консистенция цементного теста, создающая на лопастном устройстве консистометра момент силы 20,0 гс*см. (0,196 Н*см)

Лекция № 9.

1. 
   Какие материалы минерального происхождения помимо цементов применяются для получения тампонажных растворов?
   

Жидкое стекло, гипс, алебастр, известь, глина.

2. Преимущества органических материалов для получения тампонажных растворов?

Преимущества:

- Низкая плотность и широкая возможность ее регулирования от утяжеления до аэрирования;

- Возможность регулирования сроков схватывания;

- Способность фильтрующейся жидкости затвердевать;

- Адгезия (сцепляемость) тампонажного камня с ГП;

- Высокая седиментационная устойчивость;

- Отсутствие усадки при твердении;

- Отсутствие контракции (уменьшение объема);

- Полная непроницаемость камня;

- Инертность шлама к промывочной жидкости;

- Отсутствие агрессивного действия флюидов на цементный камень;

- Возможность применения материалов органического происхождения для модификаций;

- С помощью материалов органического происхождения можно улучшать подвижность ТС, то есть снижать гидравлические сопротивления (снижение эффективной вязкости);

- Способность улучшать прокачиваемость ТС, способность заполнять поры и трещины;

- Улучшает эластичность камня в условиях динамических нагрузок;

- Усиление прочности твердеющего камня.

3. 
   Что позволяет модификация тампонажных смесей с помощью полимерных материалов?
   

• 
  увеличивается подвижность тампонажных смесей
  
• 
  увеличивается прокачиваемость
  
• 
  снижается проницаемость тампонажного камня
  
• 
  повышается эластичность
  
• 
  осуществляется армирование камня волокнами полимеров
  

3. 
   Какие отвердители применяются для отверждения тампонажных смесей на основе синтетических смол?
   

• 
  кислота щавелевая
  
• 
  кислота лимонная
  
• 
  кислота соляная
  
• 
  кислота фосфорная.
  

3. 
   Свойства битумов и тампонажных смесей на их основе?
   

Свойства битумов:

• 
  нерастворимы в воде
  
• 
  водонепроницаемые
  
• 
  эластичные
  
• 
  обладают вяжущей способностью
  
• 
  хороши для гидроизоляции
  

3. 
   Какие наполнители применяются для ввода в состав тампонажных смесей?
   

Выделяют две разновидности: 1) хлопьевидные наполнители (обрезки тканей, пленок, бумаги); 2) зернистые наполнители (шлам ГП, отходы различных производств).

Баюнов Ярослав

НД-18-2

Лекция №10. Вяжущие материалы.

1. 
   Какое соединение получается в результате реакции силикатизации горных пород в стенках скважин?
   

Силикатизация - действие жидкого стекла

2Na2O·SiO2+2CaCl2+ H2O= 2Ca SiO2·nH2O-гидросиликат кальция,

образуется осадок

2. 
   При какой реакции возможно получение вторичного двухводного гипса?
   

CaSO4·0,5 H2O+ H2O= CaSO4·2H2O+ H2O-вторичный двухводный гипс

3. 
   Из какой горной породы получается оксид кальция – негашёная известь?
   

CaCO3 - мергелистый известняк (глиносодержащий)

4. 
   Преимущества органических материалов в составе тампонажных смесей?
   

- Низкая плотность и широкая возможность ее регулирования от утяжеления до аэрирования;

- Возможность регулирования сроков схватывания;

- Способность фильтрующейся жидкости затвердевать;

- Адгезия (сцепляемость) тампонажного камня с ГП;

- Высокая седиментационная устойчивость;

- Отсутствие усадки при твердении;

- Отсутствие контракции (уменьшение объема);

- Полная непроницаемость камня;

- Инертность шлама к промывочной жидкости;

- Отсутствие агрессивного действия флюидов на цементный камень;

- Возможность применения материалов органического происхождения для модификаций;

- С помощью материалов органического происхождения можно улучшать подвижность ТС, то есть снижать гидравлические сопротивления (снижение эффективной вязкости);

- Способность улучшать прокачиваемость ТС, способность заполнять поры и трещины;

- Улучшает эластичность камня в условиях динамических нагрузок;

- Усиление прочности твердеющего камня.

Лекция 3. Высокоминерализованные и соленасыщенные растворы

• 
  Высокоминерализованные растворы- получают на основе морской или при поступлении в раствор пропластков солей.
  
• 
  Соленосыщенные растворы- получают за счет насыщения солями NaCL для бурения отложений каменной соли.
  
• 
  Насыщенные полиминерализованные растворы- насыщают раствор несколькими солями.
  

Области применения растворов




Высокоминерализованные и соленасыщенные глинистые растворы.

В прошлом семестре были рассмотрены неингибированные растворы (А):

• 
  пресная минерализация по NaCl до 1% (10 гр/л);
  
• 
  маломинерализованные – минерализация по NaCl до 1-3,5% (10-35 гр/л).
  

Ингибированные (Б):

• 
  минерализованные растворы с содержанием NaCl до 10% (100 гр/л).
  

Далее рассмотрим:

• 
  высокоминерализованные и соленасыщенные растворы содержат свыше 10% (100 гр/л) NaCl и других растворимых солей.
  

Принятая терминология:

Высокоминерализованные растворы, которые получают на основе морской воды + поступающие при растворении соли, в первую очередь, по NaCl.

• 
  получают при бурении на морских месторождениях, при глубоких акваториях на большой глубине;
  

Особенности бурения на морских месторождениях:

• 
  содержится газ CH₄ – метан, H₂S – сероводород – изменяются свойства раствора (Т↑, ↓);
  
• 
  температура морской воды у дна 0°С;
  
• 
  устьевое оборудование на дне;
  
• 
  выходящий газ из скважины образует газогидраты – образования CH₄ + H₂O→твердое вещество, мягкий лед – осложнения;
  
• 
  газогидраты усложняют технологию бурения – отношение газогидратов в скважине при определенных термобарических условиях – сальники, сужения – прессует насосное оборудование;
  
• 
  газогидраты отлагаются на оборудовании и могут блокировать превенторы.
  

Особенности регулирования свойств таких растворов:

• 
  концентрация соли велика – возникает проблема получения низкой водоотдачи – Ф₃₀↓ - для чего применять высокомолекулярные реагенты – КМЦ, акриловые полимеры, крахмал;
  
• 
  снижается (много NaCl) – надо повысить рН;
  
• 
  необходимо связывать двухвалентные катионы для обеспечения эффективного действия высокомолекулярных реагентов, глина в растворе находится в состоянии гидрофобной коагуляции – проблемы в создании структурных свойств нет – хорошо, но: надо повысить удерживающую способность (несущую способность), выносящую способность;
  
• 
  глинистые частицы лишены глинистой оболочки, поэтому надо:
  

• 
  обрабатывать защитными реагентами КМЦ, КССБ и др.;
  
• 
  для связывания катионов Ca⁺², Mg⁺² вводят Na₂CO₃, еще надо вводить NaOH;
  
• 
  для снижения показателя фильтрации (Ф₃₀↓) надо вводить крахмал, КМЦ, полиакрилаты;
  
• 
  для улучшения смазочных свойств – нефть + графит, СМАД-1;
  
• 
  для повышения несущей способности – полигорскит;
  

• 
  в условиях высокой минерализации КМЦ, полиакрилаты (линейные полимеры) разжижают растворы, надо вводить крахмал – разветвленный полимер (амилоза – линейный + амилопектин – разветвленный полимер) – увеличивается вязкость;
  
• 
  совместная обработка позволяет получить эффект синергизма – усиление действия каждого из используемых реагентов.
  

• 
  соленасыщенные получают за счет насыщения солями NaCl для бурения отложений каменной соли NaCl. Проблемы регулирования параметров – применяют нестабилизированные растворы;
  
• 
  насыщенные полимерализованные растворы получают при насыщении ими солью NaCl – применяют для перебуривания осложнений NaCl с наличием пропластков:
  

• 
  KCl – сильвина;
  
• 
  MgCl₂·6H₂O – бишофит;
  
• 
  KCl· MgCl₂·6H₂O – карнолит.
  

Такие разрезы необходимо перебуривать с применением стабилизированных растворов, так как при насыщении этих растворов по NaCl возможность растворения пропластков карнолита, бишофита не исключается. Их надо насыщать в том числе и по MgCl₂ (бишофит) – чтобы стабилизировать растворение MgCl₂·6H₂O (бишофит) и KCl· MgCl₂·6H₂O (карнолит).

Насыщение растворов по MgCl₂ создает проблемы:

• 
  затрудняется регулирование водоотдачи, так как высокая концентрация Mg⁺²;
  
• 
  необходимо повышать щелочность раствора (рН↑);
  
• 
  так как глина в растворе находится в стадии гидрофобной коагуляции – надо обеспечивать удерживающую способность, поэтому регулирование свойств: сначала растворы насыщают MgCl₂ (растворяют бишофит).