Дослідження доломіто–золових тампонажних сумішей для цементації нафтогазових свердловин

Abstract

Вивчення фізико–хімічних особливостей гідратації доломіто–золових тампонажних матеріалів та закономірностей процесу їх тужавіння. Для досягнення цієї мети поставлені такі завдання досліджень: вивчення складу продуктів гідратації доломіто–золових тампонажних сумішей, що тужавіють тривалі терміни при високих температурах; вивчення залежності технологічних властивостей каменю на основі доломіто–золових тампонажних сумішей від фізико–хімічних чинників, зокрема, складу тампонажної суміші, температури, тиску і тривалості тужавіння.При проведенні досліджень використано теоретичні й експериментальні методи. Експерименти проведено на лабораторному обладнанні, яке моделює пластові умови. Вимірювання технологічних властивостей тампонажного розчину та утвореного каменю проводилось з використанням стандартного лабораторного обладнання. Зокрема густина тампонажних розчинів визначалась з допомогою пікнометра, водосумішеве відношення розчинів підбиралось за допомогою конусу розтічності КР–1, водовідділення розчинів визначалось за стандартною методикою згідно ДСТУ БВ.2.7–86–99, час загуснення розчинів визначався на консистометрі КЦ–3, для вивчення адгезії використовувався лабораторний прес ПСУ–10 з гідравлічним приводом і спеціальна приставка, визначення границь міцності каменю при вигині проводилось згідно ДСТУ БВ.2.7–86–99 на приладі для випробування зразків–балочок на розтягування при вигині, при стискуванні – на пресі ПСУ–10. Кількість проведених експериментів достатня для одержання результатів з довірчою вірогідністю 0,95. Уточнено склад продуктів гідратації доломіто–золових тампонажних сумішей, що тужавіли тривалі терміни при високих температурах. Встановлено, що новоутворення при тужавінні ДЗТС, містять низькоосновний гідросилікат кальцію типу CSH(В), тоберморит, серпентин, трикальцієвий гідросульфоалюмінат типу С₃АSH₄ і гідрогранати. Створено термостійку ДЗТС густиною 1540 – 1820 кг/м³. Створено новий тампонажний матеріал на основі суміші побічного продукту випалювання доломіту  доломітового борошна напіввипаленого (ДБН) (тонкодисперсний пиловидний доломіт) і кислої золи–виносу теплових електростанцій від спалювання кам’яного вугілля. Проведено підбір оптимальних рецептур доломіто–золових тампонажних сумішей. Результати роботи мають практичне застосування при цементуванні глибоких нафтових і газових свердловин в складних гірничо–геологічних умовах геологорозвідувальних площ та промислових родовищ вуглеводневої сировини України. Study of the physicochemical features of hydration of dolomite–ash cement materials and the regularities of their hardening process. To achieve this goal, the following research tasks have been set: study of the composition of hydration products of dolomite–ash cement mixtures that harden for long periods at high temperatures; study of the dependence of the technological properties of stone based on dolomite–ash cement mixtures on physicochemical factors, in particular, the composition of the cement mixture, temperature, pressure and duration of hardening. Theoretical and experimental methods were used in the research. The experiments were conducted on laboratory equipment that simulates reservoir conditions. Measurement of technological properties of the cement mortar and the formed rock was carried out using standard laboratory equipment. In particular, the density of the cement mortar was determined using a pycnometer, the water–mixture ratio of the solutions was selected using a KR–1 flow cone, the water separation of the solutions was determined using the standard method according to DSTU BV.2.7–86–99, the thickening time of the solutions was determined on a KC–3 consistometer, a PSU–10 laboratory press with a hydraulic drive and a special attachment were used to study adhesion, the determination of the bending strength limits of the rock was carried out according to DSTU BV.2.7–86–99 on a device for testing beam specimens for tension in bending, and for compression – on a PSU–10 press. The number of experiments conducted is sufficient to obtain results with a confidence level of 0.95. The composition of hydration products of dolomite–ash cement mixtures that hardened for long periods at high temperatures has been clarified. It has been established that new formations during hardening of DZTS contain low–basic calcium hydrosilicate of the CSH(B) type, tobermorite, serpentine, tricalcium hydrosulfoaluminate of the C₃ASH₄ type and hydrogarnets. A heat–resistant DZTS with a density of 1540 – 1820 kg/m³ has been created. A new filling material was created based on a mixture of a by–product of dolomite burning – semi–burnt dolomite flour (SBF) (finely dispersed pulverized dolomite) and acid fly ash from thermal power plants from burning hard coal. Optimal formulations of dolomite–ash filling mixtures were selected. The results of the work have practical application in cementing deep oil and gas wells in difficult mining and geological conditions of geological exploration areas and industrial hydrocarbon deposits in Ukraine.