ЛЕКЦИЯ 10. Модифицирующие добавки

Используются для приведения свойств тампонажных растворов в соответствие с условиями бурения

Они бывают:

1. Инертные - не происходит получения новообразований (наполнители, регуляторы плотности, армирующие добавки);

2. Активные – при их вводе происходят физико-химические реакции с образованием новых соединений:

- регуляторы сроков схватывания

- регуляторы реологических свойств (пластификаторы)

- регуляторы водоотдачи

I. Регуляторы плотности

Приводят в соответствие плотность ТС с пластовым давлением и давлением поглощения (устраняются выбросы флюидов).

Вяжущие

Вещество	Плотность г/см³
портланд цемент	3, 1 - 3, 2
Шлако-портланд-цемент	2, 9 - 3, 1
Гипс	2, 2 - 2, 4
Известь	2, 3 - 2, 5

а) Облегчающие

Имеют плотность ниже плотности вяжущего вещества (цемента)

Минеральные добавки

Вещество	Плотность г/см³
Кварцевый песок	2, 5 - 2, 6
Известняк	2, 3 - 2, 4
Пепел	2, 4 - 2, 5
Диатомит, трепелы	2, 0 - 2, 1

Органические вещества

Вещество	Плотность г/см³
Каменный уголь	1, 2 - 1, 5
Кокс	1, 3 - 1, 4
Битумы	1, 25 - 1, 35
Каменноугольный пек	1, 2 - 1, 3

б) Утяжеляющие добавки

Вводятся для увеличения плотности ТС, вводятся в ее состав в тонкодисперсном состоянии.

Вещество	Плотность г/см³
Магнетитовые пески	3, 9 – 4, 2
Пиритные огарки	4, 3 – 4, 4
Гематит	4, 9 – 5, 2
Магнетит	5, 0 – 5, 3

в) Армирующие добавки

Увеличивают плотность затвердевшего цементного камня в условиях динамических циклических нагрузок.

Искусственного происхождения:

- нейлон;

- полипропилен;

- полиэтилен;

- волластонит (образуется при получении клинкер цемента).

Минеральные добавки:

- шлам горных пород;

- кварцевый песок;

- асбест;

Органического происхождения:

- отходы хлопкового производства;

- отходы льняного производства;

- древесные волокна.

Наполнители вводятся в ТС с целью уменьшения проницаемости пористых, трещиноватых коллекторов, а так же для снижения поглощений промывочных растворов и ТС. Концентрация может достигать 30-50 кг/м³.

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

Активные добавки

При вводе в ТС образуют новые соединения (новообразования). Классификация добавок в зависимости от механизма их действия:

1. Физико-химического действия:

а) электролиты, при добавлении не образуют новых соединений, но увеличивается химическая активность за счет повышения ионной силы раствора:

- не имеющие одноименный катион (NaCl → Na⁺ + Cl^-);

- имеющие одноименный катион (Ca(OH)₂ → Ca⁺⁺- ускорители схватывания).

б) Поверхностно-активные вещества, которые способны абсорбироваться на границе раздела твердое – жидкость (замедлители реакции гидратации);

в) Вещества являющиеся дополнительными центрами кристаллизации (известняк CaCO₃; гашеная известь Ca(OH)₂). Являются ускорителями схватывания;

г) Вещества, создающие пространственно-структурную стеку, создают дополнительные центры кристаллизации (глинистые минералы).

2. Химического действие:

а) Вещества вводимые при помоле (CaSO₄*2H₂O – гипс; Ca(OH)₂ - известь);

б) Вещества, вступающие в обменные реакции (Na₂CO₃ → Na⁺+CO₃^-2NaNO₃), являются замедлителями схватывания.

Классификация добавок по назначения:

а) Ускорители схватывания: CaCl₂, NaCl, CaCl₂, FeCl₃, ВК, гидроокись кальция, гидроокись калия, жидкое стекло;

б) Замедлители схватывания - замедляют реакции гидратации. Сульфит-дрожжевая бражка, ГИПАН, ГПАА, КМЦ, синтетические дубители;

в) Пластификаторы - снижают реалогические свойства. Вводятся с целью применения необходимого способа доставки ТС в интервалы тампонирования.

2. Понизители водоотдачи

При их вводе повышается водоудерживающая способность ТС (это вещества - ПАВ, глины, ГПАА, высокополимерные вещества)

Причины поглощения при бурении: поглощение - процесс, связанный с перетоком из скважины промывочной и тампонажной жидкости, при котором все их компоненты уходят в пласт. При фильтрации происходит отделение жидкой фазы из состава ТС или ПЖ.

Рис. 28. Схема уровней жидкостеей при возникновении поглощения.

Условия поглощения:

– гидростатическое давление;

- пластовое давление.

ρ _сgh_c> ρ _ngh_n

ρ _с - плотность столба жидкости;

h_c- высота столба жидкости;

ρ _n- плотность пластовой жидкости;

h_n- высота столба плостовой жидкости.

Расчетные характеристики

V_c -скорость снижения уровня жидкости в скважине;

t_c- время снижения уровня жидкости в скважине

V_c= (38)

Q - дебит поглощения:

Q_c = V_cS_ф

S_ф- площадь поверхности фильтрации

S_ф= D_сh_o(39)

Тогда:

Q_c= (40)

При равенстве гидростатического давления и пластового:

ρ _сgh_c = ρ _ngh_n

Преобразуем:

h_c₌

Q_c=

Окончательно получим:

Q_c= (41)

Q_c– дебит поглощения, характеризует поглощающую способность пород интервала поглощения. Определяется через оперативно измеряемые параметры и используется для выбора вида, состава ТС, свойств ТС, оценки раскрытия трещин, выбора способа тампонирования и способа доставки ТС в интервал тампонирования.