Для крепления скважин с аномально низкими пластовыми давлениями (АНПД), вызванными как естественными, так и искусственными причинами, оправдано использование облегченных тампонажных материалов.
Как известно, основной причиной поглощений цементного раствора является превышение давления столба жидкости над пластовым давлением. Причин чрезмерно высокого давления может быть несколько:
• излишне высокая плотность тампонажного раствора;
• неправильный выбор способа и режима цементирования;
• неправильно подобранные параметры тампонажных жидкостей (преждевременное загустевание, высокая вязкость и т.д.).
Поглощения тампонажного раствора приводят к более тяжелым последствиям, нежели уход промывочной жидкости (бурового раствора) в процессе бурения. Обусловленный поглощениями недоподъем цементного раствора до проектной высоты приводит к необходимости проведения сложных ремонтных работ, а также снижению проницаемости продуктивных пластов, что сказывается на дебите скважины после ввода ее в эксплуатацию.
Получение облегченных тампонажных систем достигается введением в состав смеси облегчающих добавок различного происхождения (бентонит, известняк, золы топливные и т.д.), изменением водоцементного отношения. Использование вышеупомянутых методов, как правило, ведет к снижению прочности цементного камня, растянутым срокам схватывания (для инертных минеральных добавок), неудовлетворительным структурно-реологическим свойствам. Повышение водосодержания цементной смеси ухудшает седиментационную устойчивость, для улучшения которой необходимо повышать вязкость жидкости затворения или дисперсность твердой фазы, что неизбежно ведет к удорожанию цементной смеси.
Несколько лучшие параметры показывают аэрированные тампонажные материалы и тампонажные материалы с использованием алюмосиликатной полой микросферы (АСПМ), пенокерамики. Но существенным недостатком таких систем является их сжимаемость (схлопывание), что ограничивает возможности использования данных растворов.
Учитывая вышеизложенное, при разработке тампонажных составов для крепления скважин с АНПД ставились следующие задачи:
1) Получение облегченного тампонажного материала плотностью не более 1,56 г/см3;
2) Время загустевания цементного теста менее 8 часов;
3) Получение оптимальных структурно-реологических свойств, высокой седиментационной устойчивости;
4) Водоотдача — менее 100 см3/ 30 мин;
5) Минимальные материальные затраты, легкость приготовления, простой компонентный состав;
6) Стабильность параметров тампонажного материала под действием высокого давления.
Для достижения требуемого результата в лаборатории ООО «Химпром» был подобран облегченный тампонажный состав на основе специальной комплексной добавки WellFix Base 1 (табл. 1).
Комплексная добавка WellFix Base 1 представляет собой минеральный высокоактивный наполнитель, который позволяет придать плотность структуры твердеющему составу, а также, за счет наличия мелкодисперсных фракций, повысить эффективность действия поверхностно-активных веществ, тем самым улучшить седиментационную устойчивость и структурно-реологические свойства цементного раствора. Технологические параметры облегченного тампонажного состава на основе WellFix Base 1 приведены в табл. 2.
Тампонажный состав с использованием реагента WellFix Base 1 и реагентов регуляторов отличается:
– низким водоотделением;
– фильтрацией цементного теста менее 100 см3/30 мин;
– высокой прочностью цементного камня;
– высокой технологичностью.
В состав тампонажного раствора входит понизитель водоотдачи WellFix FL 2, представляющий собой синтетический полимер на основе акриловой кислоты. Данный реагент эффективно снижает фильтрацию цементного теста, хорошо совместим с многокомпонентными тампонажными составами, не ухудшает их вязкостные свойства.
Для улучшения реологических характеристик цементного раствора в состав включен высокоэффективный поликарбоксилатный пластификатор WellFix P 100 (рабочие концентрации 0,02 – 0,2 % от веса сухого цемента).
При очевидных преимуществах разработанный состав обладает чрезмерно растянутым временем загустевания (рис. 1), что считается вредным для качества крепления обсадных колонн [1, 2], поскольку способствует развитию седиментационных процессов и образованию каналов в цементной крепи за счет прорывов пластовых флюидов.
С целью улучшения характеристик цементного теста, сокращения времени загустевания был подобран новый тонкодисперсный минеральный наполнитель для облегченных цементов WellFix Base 2 и на его основе разработан тампонажный состав с улучшенными технологическими свойствами (табл. 3).
WellFix Base 2 отличается от WellFix Base 1 улучшенным химическим и гранулометрическим составом, что проявляется в большей активности реагента. Наполнитель WellFix Base 2 активно влияет на процессы гидратации и структурообразования в формирующемся цементном камне.
Приготовление цементного теста и определение его характеристик проводились в соответствии с действующими международными стандартами при температуре 43 ̊С (время загустевания — при 43 ̊С, 27 МПа, термостатирование цементных кубиков для испытания прочности при сжатии проводилось при 43 ̊С и атмосферном давлении в течение 14 и 24 часов).
Тампонажный состав с иcпользованием реагента WellFix Base 2 в сравнении с составом на основе реагента WellFix Base 1 имеет ряд преимуществ (табл. 4, рис. 2):
– улучшены вязкостные свойства, состав лучше замешивается;
– время загустевания цементного теста сокращено до 4 часов;
– фильтрационные потери уменьшены на 15 %;
– цементный камень имеет несколько большую прочность.
Следует отметить, что компоненты тампонажных составов не сжимаются под действием высокого давления, и, как следствие, данные тампонажные материалы могут быть использованы в широком диапазоне температур и давлений.
ВЫВОДЫ
Таким образом, применение продуктов серии WellFix Basе совместно с реагентами-регуляторами позволяет получить облегченные тампонажные составы, отличающиеся хорошими структурно-реологическими характеристиками, низкой фильтрацией, высокой седиментационной устойчивостью и тиксотропностью. Цементные растворы, приготовленные на их основе, не имеют недостатков, зачастую свойственных растворам с использованием АСПМ, инертных наполнителей и других распространенных облегчающих добавок.
Использование в составе смеси реагента WellFix Base 2 позволяет улучшить характеристики цементного теста, сократить время загустевания.
В лаборатории ООО «Химпром» ведутся работы по улучшению состава на основе реагента WellFix Base 2, расширению диапазона и возможностей его применения. Планируется проведение опытно-промышленных испытаний данного состава на месторождениях Тюменской области.
