Цементирование нефтяных скважин является одним из наиболее важных этапов на этапе бурения скважин, поскольку проблемы во время операции перекачки шлама и неполное заполнение кольцевого пространства между обсадной колонной и стенкой скважины могут привести к его потере. При бурении скважины в слабом пласте породы требуется еще большая осторожность, так как вообще должен быть предел гидростатического давления, оказываемого при цементации, чтобы пласт не обрушился. Для цементирования скважины, пласт которой слабый или рыхлый, применяют легкие пасты.
Ключевые слова: цементация, нанокомпозиты, нанокремнезем, наноглина.
- Расширители
Это добавки, имеющие функцию снижения плотности паст и, следовательно, получения большего выхода, что позволяет использовать их на больших глубинах, поскольку они вызывают более низкое гидростатическое давление. Расширители в основном делятся на три категории [2]:
— Разбавители на водной основе: состоят из добавок, которые позволяют добавлять в пасту избыток воды, не вызывая оседания. Глины являются примерами наполнителей воды;
— Наполнители из легких материалов: состоят из добавок, удельная масса которых меньше удельной массы цемента. Благодаря использованию этих добавок цементное тесто становится легче;
— Газообразные наполнители : состоят из азота или воздуха, используемых при приготовлении цементного теста, образуя так называемую вспененную пасту.
При составлении рецептуры Portland цементной пасты для цементирования скважины после введения желаемой добавки она подвергается нескольким лабораторным испытаниям для характеристики ее относительно желаемых свойств для скважины. В таблице 1.
Таблица 1
Обзор расширителей
|
Расширитель |
Производительность и преимущества |
|
Бентонит |
Помощь с контролем фильтрата |
|
Силикат натрия |
Низкий спрос процентов и идеально подходит для смешать с морской водой |
|
Вспененная паста |
Отличная стойкость и низкая проницаемость |
|
Летающий пепел |
Устойчив к агрессивным жидкостям |
1.1. Наноглины
Наноглины или глинистые минералы, по существу, представляют собой алюмосиликаты. Глина, наиболее часто используемая для изготовления паст для цементирования нефтяных скважин, представляет собой бентонит (состоящий не менее чем на 85 % из монтмориллонита), который расширяется при контакте с водой [1]. Самым большим преимуществом использования бентонита в качестве намазочного материала для цементных паст является его низкая стоимость. Бентонит должен состоять преимущественно из натрия, так как он обладает способностью набухать и, следовательно, обладает способностью к гидратации. Исследования доказали, что предварительно гидратированный бентонит имеет большую эффективность по сравнению с гидратированным. Концентрация 2 % прегидрата имеет ту же эффективность, что и 8 % гидратированного бентонита (Рисунок 1).
Рис. 1. Влияние концентрации бентонита на прочность на сжатие при 24 часы
1.2. Нанокремнезем
В последние годы использованию нанокомпозитов уделяется особое внимание во многих областях применения с целью производства материалов с новыми функциональными возможностями. В случае материалов на основе цемента частицы кремнезема нанометрового размера, называемые нанокремнеземом, могут посредством пуццолановых реакций с гидроксидом кальция главным образом способствовать большему образованию гидратированного силиката кальция. В целом этот эффект способствует повышению реологических параметров цементных паст и использованию их в пасты в качестве растекающих добавок [1].
Согласно проведенным исследованиям, добавление наносиликата в пасты снижает свободную воду, проницаемость и пористость за счет образования геля силиката кальция (C-S-H), имеющего более плотную структуру, помимо наполняющего эффекта наночастиц, которые имеют тенденцию занимать пустые пространства между нынешними фазами. Кроме того, эффект наполнителя способствует увеличению механического сопротивления сжатию [1, 2].
Заключение
При цементировании скважин, пласт которых слабый или рыхлый, применяют легкие пасты. В данном случае мы оценили поведение этих целлюлоз с низкой плотностью (легких), в которых наиболее часто используемыми добавками являются наполнители, поскольку они позволяют получить больший выход целлюлозы, в результате чего получаются более легкие пасты.
Что касается механической стойкости, то существенного снижения показателей паст с добавлением нанокремнезема не произошло, что показывает возможность применения этих паст в полевых условиях без значительной потери стойкости, при условии, что они правильно составлены с добавками.
Согласно этой статье, мы можем доказать, что Portland цемент следует лучше понять с развитием исследований его наноструктуры, учитывая, что для материалов с разным размером частиц мы получаем существенно разные свойства.
Литература:
1. Ribeiro, D. B. Development of light pastes for oil wells using an alternative extending additive based on a colloidal dispersion of silica nanoparticles: Master's Dissertation in Materials Science and Engineering / D. B. Ribeiro; Federal University of Rio Grande do Norte — Natal, 2012–108 p. Text: Direct
2. Mahmoudkhani, A. H. New environment friendly cement slurries with enhanced mechanical properties / A. H. Mahmoudkhani, D.N. T. Huynh, C. Sylvestre, J. Schneider. — Direct text // SPE Gas Technology Symposioum — Canada, 2008.
