Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 [ 99 ] 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225

4.2.9. УСАДКА И ОБРАЗОВАНИЕ ТРЕЩИН

В ЦЕМЕНТНОМ КАМНЕ И ВЛИЯНИЕ

ИХ НА ВОЗМОЖНОСТЬ ГАЗОПРОЯВЛЕНИЙ

Физико-химические процессы схватхвания и твердения раствора из портландцемента сопровождаются после небольшого, обычно не фиксируемого, расширения усадкой, выражающейся в незначительном уменьшении внешнего объема твердеющего цемента, что приводит к увеличению прочности, а в некоторых случаях к перенапряжению структуры и частичному разрушению цементного камня.

При непрерывном удалении выделяющейся воды и дальнейшем термостатировании образца под давлением (т.е. твердении раствора и камня в случае отсутствия воды), как правило, цементный камень получается трещиноватым и пористым. Механическая прочность такого цементного камня в 3-4 раза меньше, чем при нормальном водоцементном отношении. Трещины, получаемые в цементном камне во время твердения последнего в нормальных условиях при отсутствии воды, могут быть каналами для продвижения флюидов, в первую очередь газа, давая начало газопроявлениям.

Анализ литературы показывает, что не происходит усадки камня цементных растворов, твердеющих в гидротермальных условиях при давлении (т.е. в скважине при контакте с водой); в некоторых случаях происходит их существенное расширение.

Лабораторными работами доказано, что при высоких температурах (75-150 °С) и давлениях (20 - 50 МПа) извлечение образцов из форм, предварительно смазанных машинным маслом, сопряжено с трудностями. Образцы цементного камня, затвердевшие в тех же условиях, отделяются от колец Вика, как правило, после ударов молотком по специальной наставке. Все эти и подобные случаи указывают на то, что твердение цементного раствора и камня происходит без усадки.

Более того, в процессе твердения цементного раствора в цилиндрах, в нижней части которых подведен газ, последний не проникает в верхнюю часть, а происходит его поглощение за счет контракционных явлений. В многочисленных экспериментальных работах подобного типа не было ни одного случаях проникновения газа через цементный камень за счет возникших при этом трещин или усадочных изменений.

4.2.10. КОНТРАКЦИОННЫЙ ЭФФЕКТ

Контракция является функцией минералогического состава испытуемого цемента, водоцементного отношения и условий твердения.

Разрежение, возникающее на поверхности цементного камня, способствует всасыванию воды, нефти, газа.

При подсчетах и оценке наблюдаемой контракции для большинства обычных портландцементов можно с достаточной степенью точности принимать расчетное значение контракции равным 7 - 9 мл, а округленно 8 мл, на 100 г цемента. Графики нарастания контракции, построенные по данным, полученным в процессе твердения портландцементов, показывают, что для цементов высших марок контракция к 28 сут. при водоцементном отношении 0,5 достигает 50- 65 % от предельного значения и в дальнейшем ее нарастание сильно замедляется.

Табл. 4.9 дает представление о контракции цементов различных типов.

При установлении значения контракции имеет значение масштабный фактор как по массе раствора, так и по размеру поверхности.

В практике крепления скважин расходуется цемента (для "чистых" цементных растворов с водоцементным отношением 0,5) 1220 кг на 1 м3 при плотности раствора 1,83 г/см3. Тогда в растворе, в котором было взято 1220 кг цемента на 1 м3 раствора, контракция составляет 98 л на

1 м3.

Определим количество поглощаемой воды столбом це-

Т а б л и ц а 4.9

Контракция различных цементов

ментного кольца, ограниченного 1 46- и 273-мм обсадными колоннами. Площадь кольцевого пространства

0,785[(0,273 - 2-0,012)2 - 0,1462] = 0,032 м2.

Объем по длине 1 м составляет 0,032 м3. В этом объеме содержится 1220 • 0,032 = 39 кг цемента.

Для данного количества цемента в смеси контракция составит 39 • 0,08 = 3,12 л. Соответственно для объема по длине 10 м она будет равна 31,2 л, для 100 м - 312 л и для

1 000 м - 31 20 л.

Все подсчитанные значения контракции допускаются при полной гидратации цемента без учета скорости прохождения ее в зависимости от минералогического состава цемента и условий окружающей средах (температуры, давления, химического состава воды и пр.).

Проведенные исследования по определению количества поглощенной воды тампонажными смесями при значениях температуры от комнатной до 125 °С позволяют определить количество поглощенной воды объемами цементных растворов, заключенных в кольцевое пространство между трубами диаметром:

D, мм 114 и 168

Количество погло- 0,007 щаемой воды, м3

168 и 219 219 и 273

0,008 0,011

146 и 245

0,022

1 68 1 46 и 273 0,027 0,032

Соотношение вяжущее : наполнитель принято состава 3:1 с целью возможности сопоставления влияния добавок-наполнителей на подсасывающую способность смесей.

Введение добавок-наполнителей в растворы (песок, бентонитовая глина) снижает контракционную (поглотительную) способность цементов.

Из табл. 4.10 - 4.12 видим, что при введении песка контракционный эффект снижается меньше, чем при добавке

Т а б л и ц а 4.10

Количество поглощенной воды 1 м столба цементных растворов различных составов при температуре 75 °С