мест в тампонажной суспензии рассмотрена в работе [74]. А^егация (рост агрегатов) естественным образом приводит к увеличению расстояний между частицами и возможному расслоению тампонажной суспензии с образованием участков с пониженной и повышенной плотностью. Седиментационную неустойчивость цементных суспензий можно наблюдать, если залить раствор в узкий высокий цилиндр. В нем со временем будут образовываться горизонтальные прослойки, заполненные водой. Эти прослойки жидкости образуются вследствие образования агрегатов (или другого типа структуры) и зависания на стенках сосуда. Очевидно, что чем меньше диаметр, тем больше образуется таких прослоек. Подобные разрывы сплошности цементного раствора (а затем и камня) могут образовываться в скважинах, поскольку зазор между стенками ствола и обсадной колонной достаточно мал. Образовавшиеся прослойки жидкости уменьшают эффективную высоту образовавшегося каркаса, расширение жидкости в результате нагрева во время эксплуатации (главным образом геотермальные, паронагнетательные скважины) может вызвать слом колонн. Авторами [69] теоретически и экспериментально была проверена возможность образования прослоек жидкости за счет роста и закрепления агрегата на стенках сосуда. Закрепление агрегата на стенках трубы происходит тогда, когда его радиус достигает радиуса трубы Ктр. Он фиксируется на стенках трубы, образуя пробку. Все другие агрегаты, зародившиеся на данном участке, не успевают дорасти до радиуса трубы, так как захватываются пробкой. За счет уплотнения дисперсной фазы между соседними пробками образуется участок, заполненный жидкостью. Внутренняя структура пробки в данной модели может быть достаточно сложной. Агрегаты различной величины, оседая друг на друга, образуют полости, по которым, если существует градиент давления, может фильтроваться жидкость. Естественно проницаемость такой структуры повышена по сравнению с проницаемостью однородной структуры той же средней плотности. Чтобы численно определить момент закрепления агрегата, т.е. момент появления жидких прослоек были определены кинетические характеристики процесса расслаивания: ] (9,1)частота зарождения пробок на единицу длины столба суспензии; ип (9,1) скорость роста пробок-участков, разделенных поясами воды, в вертикальном направлении; 9момент появления пробки; 1п средняя длина пробки; 2 (X) число прослоек жидкости на единицу высоты столба суспензии. Эти характеристики определяли в стеклянных трубках длиной 2 метра и диаметром 0,02 м. Результаты обработки приведены на рис. 4.7. [69]. Анализ графиков, изображающих кинетические характеристики, показывает, что функции у (() и <2 (0 достигают своих максимальных значений, так (2тах равна 1,6 • Ю м 1 . 116 |
турообразования тампонажных суспензий на начальном этапе, когда на первый план выходит агрегативная и седиментационная устойчивость растворов. Куксовым А.К. и Черненко А.В. с помощью оригинального опыта была показана агрегативная неустойчивость тампонажных суспензий и указано на необходимость ее учета, однако не были раскрыты и природа взаимодействий между частицами, ни влияние таких процессов на формирование структуры твердеющей тампонажной суспензии, а также не приведены практические рекомендации борьбы с этим нежелательным явлением. Более детально физико-химическая природа процессов образования агрегатов и седиментационного расслоения цементных суспензий, как первичных причин образования слабых мест в тампонажной суспензии рассмотрена в работе [74]. Агрегация (рост агрегатов) естественным образом приводит к увеличению расстояний между частицами и возможному расслоению тампонажной суспензии с образованием участков с пониженной и повышенной плотностью. Седиментационную неустойчивость цементных суспензий можно наблюдать, если залить раствор в узкий высокий цилиндр. В нем со временем будут образовываться горизонтальные прослойки, заполненные водой. Эти прослойки жидкости образуются вследствие образования агрегатов (или другого типа структуры) и зависания на стенках сосуда. Очевидно, что чем меньше диаметр, тем больше образуется таких прослоек. Подобные разрывы сплошности цементного раствора (а затем и камня) могут образовываться в скважинах, поскольку зазор между стенками ствола и обсадной колонной достаточно мал. Образовавшиеся прослойки жидкости уменьшают эффективную высоту образовавшегося каркаса, расширение жидкости в результате нагрева во время эксплуатации (главным образом геотермальные, паронагнетательные скважины) может вызвать слом колонн. Авторами [69] теоретически и экспериментально была проверена возможность образования прослоек жидкости за счет роста и закрепления 96 агрегата на стенках сосуда. Закрепление агрегата на стенках трубы происходит тогда, когда его радиус достигает радиуса трубы Ятр. Он фиксируется на стенках трубы, образуя пробку. Все другие агрегаты, зародившиеся на данном участке, не успевают дорасти до радиуса трубы, так как захватываются пробкой. За счет уплотнения дисперсной фазы между соседними пробками образуется участок, заполненный жидкостью. Внутренняя структура пробки в данной модели может быть достаточно сложной. Агрегаты различной величины, оседая друг на друга, образуют полости, по которым, если существует градиент давления, может фильтроваться жидкость. Естественно проницаемость такой структуры повышена по сравнению с проницаемостью однородной структуры той же средней плотности. Чтобы численно определить момент закрепления агрегата, т.е. момент появления жидких прослоек были определены кинетические характеристики процесса расслаивания: ) (6,1) частота зарождения пробок на единицу длины столба суспензии; ип(0,\) скорость роста пробок-участков, разделенных поясами воды, в вертикальном направлении; вмомент появления пробки; /п средняя длина пробки; О (() число прослоек жидкости на единицу высоты столба суспензии. Эти характеристики определяли в стеклянных трубках длиной 2 метра и диаметром 0,02 м. Результаты обработки приведены на рис. 3.8. [69]. 97 |