|
иммобилизованной воды, вязкости поровой жидкости, удельной поверхности частиц твердой фазы. Идеальным, с точки зрения снижения интенсивности фильтрационных процессов, было бы равенство плотностей твердой и жидкой фаз суспензии. Однако этот путь ограничивается множеством факторов на различных стадиях производства цементного порошка и приготовления тампонажной суспензии. Уменьшение пористости суспензии (как путь уменьшения фильтрации) ограничено допустимой плотностью цементной суспензии для тех или иных условий цементирования и необходимыми реологическими свойствами цементного раствора. Как известно, для гидратации цемента требуется 25-35 % воды от массы сухого цемента, остальная вода служит для обеспечения необходимых реологических параметров, позволяющих транспортировать цементную суспензию в скважину. Применение пластификаторов и суперпластификаторов позволяет получать приемлемые реологические параметры и при достаточно низких значениях водоцементного отношения. Однако ослабление контактов между частицами и, как правило, замедление роста прочности структуры тампонажной суспензии будут способствовать интенсификации и увеличению продолжительности седименгационных процессов. При увеличении коэффициента иммобилизованной воды, согласно известному уравнению, будет уменьшаться пористость системы и, следовательно, это может быть использовано для снижения интенсивности фильтрационных процессов. По данным работы [69], коэффициент иммобилизованной воды для портландцемента составляет 0,33, по данным ВНИИКРнефти от 0,25 до 0,3. Если бы удалось связать всю норовую жидкость, то, очевидно, и не было бы ее фильтрации. Согласно сообщениям зарубежной печати, американским специалистам удалось создать специальный цемент, в котором вся поровая жидкость находится в связанном состоянии. Однако данные о составе цемента и вводимых реагентов не приводятся, указывается лишь, что цемент состоит из комбинации закупоривающих реагентов и полимеров. Принцип закупорки (кольматации) норового пространства тампонажной суспензии использован при разработке седиментационнои суффозионноустойчивых цементных суспензий ВНИИГаза. Повышение дисперсности твердой фазы может быть достигнуто как увеличением тонкости помола исходного цементного порошка, так и введением тонкодисперсных добавок. Однако это требует дополнительных затрат энергии, кроме того, возрастает водопотребность цемента, что при некоторых обстоятельствах может привести к нивелировке положительного эффекта от увеличения тонкости помола. Увеличение дисперсности вяжущего неизбежно приводит к повышению гидравлической активности последнего и вызывает сужение диапазона температурной области применения таких цементов. Введение в тампонажную суспензию тонкодисперсных добавок (опока, глина, трепел) также вызывает необходимость повышения водосодержания системы, что естественно будет интенсифицировать фильтрационные процессы. Повысить дисперсность частиц можно вводом специальных добавок, которые бы интенсифицировали процесс появления новообразований, 119 |
100 Соответствующая экспериментальная величина, как видно из рис.3.8, равна 1,6 • 10*4 м'1. Сходимость результатов следует считать вполне удовлетворительной, учитывая степень приближения, с которыми были проведены аналитические расчеты. Средний радиус капель /?к свободной воды в исходном тампонажном растворе был получен эмпирически, (т.к. этот параметр очень сложно получить прямыми измерениями), по известному моменту времени (т ~ 11 мин, когда наблюдалось наибольшее число водяных прослоек и составил Я?к = 0,11 см. Таким образом, предложенный механизм образования прослоек жидкости в целом правильно описывает процесс расслаивания тампонажной суспензии. Следовательно, совместное действие агрегации по ван-дервальсовому механизму и коалесценций вкраплений жидкости по гравитационному механизму, который впоследствии становится преобладающим, приводит к образованию участков пониженной плотности, являющихся наиболее вероятными местами образования флюидопроводящих каналов. Для уменьшения неравномерности распределения плотности необходимо управлять этими процессами. Регулирование фильтрационных процессов может быть осуществлено за счет изменения плотности жидкой и твердой фаз, пористости и коэффициента иммобилизованной воды, вязкости поровой жидкости, удельной поверхности частиц твердой фазы. Идеальным, с точки зрения снижения интенсивности фильтрационных процессов, было бы равенство плотностей твердой и жидкой фаз суспензии. Однако этот путь ограничивается множеством факторов на различных стадиях производства цементного порошка и приготовления тампонажной суспензии. Уменьшение пористости суспензии (как путь уменьшения фильтрации) ограничено допустимой плотностью цементной суспензии для тех или иных условий цементирования и необходимыми реологическими свойствами цементного раствора. Как известно, для гидратации цемента требуется 25-35% воды от массы сухого цемента, остальная вода служит для обеспечения необходимых реологических параметров, позволяющих транспортировать цементную суспензию в скважину. Применение пластификаторов и суперпластификаторов позволяет получать приемлемые реологические параметры и при достаточно низких значениях водоцементного отношения. Однако ослабление контактов между частицами и, как правило, замедление роста прочности структуры тампонажной суспензии будут способствовать интенсификации и увеличению продолжительности седиментационных процессов. При увеличении коэффициента иммобилизованной воды, согласно известному уравнению, будет уменьшаться пористость системы и, следовательно, это может быть использовано для снижения интенсивности фильтрационных процессов. По данным работы [69], коэффициент иммобилизованной воды для портландцемента составляет 0,33, по данным ВНИИКРнефти от 0,25 до 0,3. Если бы удалось связать всю поровую жидкость, то, очевидно, и не было бы ее фильтрации. Согласно сообщениям зарубежной печати, американским специалистам удалось создать специальный цемент, в котором вся поровая жидкость находится в связанном состоянии. Однако данные о составе цемента и вводимых реагентов не приводятся, указывается лишь, что цемент состоит из комбинации закупоривающих реагентов и полимеров. Принцип закупорки (кольматации) порового пространства тампонажной суспензии использован при разработке седиментационнои суффозионноустойчивых цементных суспензий ВНИИГаза. Повышение дисперсности твердой фазы может быть достигнуто как увеличением тонкости помола исходного цементного порошка, так и введением тонкодисперсных добавок. Однако это требует дополнительных затрат энергии, кроме того, возрастает водопотребность цемента, что при некоторых обстоятельствах может привести к нивелировке положительного эффекта от увеличения тонкости помола. Увеличение дисперсности вяжущего неизбежно приводит к повышению гидравлической активности последнего и вызывает сужение 101 диапазона температурной области применения таких цементов. Введение в тампонажную суспензию тонкодисперсных добавок (опока, глина, трепел) также вызывает необходимость повышения водосодержания системы, что естественно будет интенсифицировать фильтрационные процессы. Повысить дисперсность частиц можно вводом специальных добавок, которые бы интенсифицировали процесс появления новообразований, характеризующихся высокой степенью дисперсности. Принято считать, что повышение вязкости жидкой фазы тампонажной суспензии может быть эффективным средством регулирования фильтрационных процессов. Этот метод можно регулировать введением в жидкость затворения различного вида полимерных добавок. Обычно это полимеры, используемые для снижения водоотдачи гипан, КМЦ, ММЦ, и др. Однако высокомолекулярные соединения, адсорбируясь на поверхности активных центров, снижают скорость реакций структурообразования, в результате чего удлиняется срок образования прочного каркаса цементной суспензии. Естественно, что при оценке возможности использования тех или иных теоретических положений для практического применения необходимо учитывать не только прямое действие и практическую осуществимость, но и широкий спектр побочных эффектов, т.е. их влияние на физикохимические процессы, протекающие в цементной суспензии. Процесс фильтрации поровой жидкости при седиментации может быть причиной возникновения различных фильтрационных [69, 70, 71, 73, 75, 76, 77] нарушений (в том числе и суффозии). Как было показано В. Черниным, разрушение структурных связей, которое при седиментации может происходить и за счет относительного перемещения частиц твердой фазы, на ранней стадии формирования имеет существенное значение. Участки, испытавшие эти разрушения, будут в дальнейшем более проницаемыми, чем соседние. Физико-химические закономерности процесса седиментации цементных суспензий и методы регулирования процесса изучались многими исследователями, причем большой вклад в изучение процесса седиментации 102 |