Разработка рецептур облегченных тампонажных растворов с пониженной водоотдачей

В работе рассматривается разработка рецептур облегченных тампонажных растворов с применением различных реагентов для снижения показателя фильтрации. В процессе выполнения работы проведен анализ литературных источников по актуальной проблеме. По результатам данного анализа выработана методика проведения исследований, проведены серии различных экспериментов с использованием понизителей фильтрации разных марок. Результаты исследований могут использоваться при проектировании рецептур облегченных тампонажных растворов, к которым применяются высокие требования к пониженной водоотдаче с их применением при строительстве глубоких скважин в сложных горно-геологических условиях.

С.
Введение 14
1 Аналитический обзор 15
1.1 Механизм перехода тампонажного раствора в тампонажный 19
камень
1.2 Современные облегченные тампонажные растворы 22
1.3 Современные воздухововлекающие добавки 30
1.4 Пониженная водоотдача облегченных тампонажных растворов 32
1.5 Выводы по аналитическому обзору 36
2 Методика проведения исследований 40
2.1 Методика определения плотности тампонажного раствора 40
2.2 Методика определения растекаемости тампонажного раствора 41
2.3 Методика определения водоотделения тампонажного раствора 43
2.4 Методика определения времени загустевания тампонажного 44
раствора
2.5 Методика определения прочности на изгиб образцов тампонажного 47
камня
2.6 Методика определения водоотдачи тампонажного раствора 50
2.7 Методика приготовления облегченного тампонажного раствора для 53
испытаний
3 Результаты экспериментальных исследований 55
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и 56
ресурсосбережение
4.1 Планирование научно-исследовательских работ 56
4.2 Бюджет научно-технического исследования 61
4.3 Определение эффективности исследовательского проекта 66
5 Социальная ответственность 68
5.1 Введение 68
5.2 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 69
5.2.1 Специальные правовые нормы трудового законодательства 69
5.2.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны 70
исследователя
5.3 Профессиональная социальная безопасность 70
5.3.1 Анализ вредных и опасных факторов, которые может создать 71
объект исследования
5.3.2 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть 72
в лаборатории при проведении исследований
5.3.3 Обоснование мероприятий по защите исследователя от действия 80
вредных и опасных факторов
5.4 Экологическая безопасность 81
5.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 83
5.5.1 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть в лаборатории 83
при проведении исследований
5.5.2 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка 84
порядка действия в случае возникновения ЧС
5.6 Результаты выполнения раздела 85
Заключение 87
Список использованных источников 90
Приложение А 96
Оптический диск с электронной версией ВКР 113

В работе представлены результаты теоретических и экспериментальных
исследований облегченных тампонажных растворов. В процессе выполнения
осуществлялся подбор рецептур с использованием различных облегчающих
добавок при различном водоцементном отношении, в результате чего были
получены определенные закономерности изменения плотности
рассматриваемых растворов. Впоследствии проводились серии испытаний при
определении параметров отобранных рецептур облегченных тампонажных
растворов с целью установления наилучшей облегчающей добавки, которой
была принята облегченная минеральная добавка. На заключительном этапе
исследований осуществлялось совершенствование рецептуры тампонажного
раствора на основе данной добавки с целью снижения показателя фильтрации в
динамических условиях. Основные выводы и практические результаты
исследования представлены далее.
При использовании облегчающих добавок с высокой насыпной
плотностью снижение плотности тампонажного раствора в большей степени
происходит благодаря высокому водоцементному отношению. Облегчающие
добавки с низкой насыпной плотностью используются для замены части
портландцемента с, при этом есть ограничения на концентрацию облегчающей
добавки в составе с целью сохранения параметров тампонажного раствора в
заданных пределах.
Некоторые из рассмотренных облегчающих добавок не позволяют
получить требуемые параметры тампонажного раствора, а также подвержены
деструкции в скважинных условиях. Лучше всего с точке зрения соответствия
заданным параметрам показали себя вермикулит и облегченная минеральная
добавка. Недостатком вермикулита является образования вермикулитовых
пробок при остановке циркуляции, в результате чего широкого применения
данная добавка в настоящее время не нашла.
Приемлемый результат с точки зрения получения заданных параметров
показал облегченный тампонажный материал на основе портландцемента ПТЦ-
100 с воздухововлекающей добавкой ОМД. Использование данной добавки
позволяет добиться существенного снижения плотности тампонажного раствора
без ухудшения его характеристик и качества тампонажного камня. При этом
данная добавка отлично показывает себя в скважинных условиях работы,
поскольку не разрушается под действием избыточного давления.
Установлено, что измерения показателя водоотделения в соответствии со
стандартами в действительности не отражают реальную фильтрацию, которая
может присутствовать в скважинных условиях и оказывать всесторонние
негативные воздействия как на продуктивный пласт, так и на качество самой
заканчиваемой скважины. Для получения реального представления о влиянии
фильтрата тампонажного раствора на продуктивный пласт необходимо
проводить испытания в динамических условиях с измерением показателя
водоотдачи.
При заданных требованиях к плотности, растекаемости и показателю
фильтрации наиболее эффективно показатель водоотдачи снижает
гидроксиэтилцеллюлоза марки 200000DR в небольших концентрациях
благодаря особенностям строения цепи полимера. При этом требуется
применение пластификатор для повышения подвижности раствора и
пеногасителей для предотвращения вовлечения воздуха в состав. При низких
значения водоцементного отношения достаточным может быть
гидроксиэтилцеллюлозы марки 100000DR с более короткой молекулой
полимера, поскольку зерна цемента располагаются на незначительном
расстоянии друг от друга.
Карбоксиметилкрахмал снижает показатель водоотдачи под действием
избыточного давления менее эффективно с возможностью полного осушения
тампонажного раствора до окончания схватывания цемента, поскольку имеет
более разветвленное строение. Соответственно, для снижения фильтрации
необходимо значительно увеличивать концентрацию добавки. Кроме того, при
применении КМК после гидратации портландцемента не происходит его
твердения, в результате чего необходимо применение ускорителей схватывания
с высокой концентрацией и пластификаторов в ряде случаев для повышения
подвижности тампонажного раствора.
В будущих исследованиях планируется проводить работу по оценке
влияния деструкции облегчающих добавок на получаемые свойства
облегченных тампонажных растворов и возможность их регулирования. Для
оценки влияния скважинных условий на показатель водоотдачи необходимо
проводить исследования на анализаторе водоотдачи с использованием одной
рецептуры при различных давлениях и температурах. Кроме того, необходимо
оценить эффективность других современных понизителей фильтрации, к
которым относятся гуматы, лигносульфонаты, эфиры целлюлозы и акриловые
полимеры.