Управление технологическими параметрами буровых и тампонажных растворов изменением структурного состояния дисперсионной среды

• Автор: Шарафутдинов, Зариф Закиевич
• Шифр специальности: 25.00.15
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 369 с. : ил.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Состояние крепи скважин в процессе их эксплуатации

1.2 Технические проблемы, существующие в строительстве скважин для

создания герметичной крепи скважин

1.3 Существующие представления об управлении поведением буровых

растворов в строительстве скважин и о процессах, протекающих в них

1.3.1 Промывка скважины и реологические свойства буровых растворов,

необходимые в процессе бурения

1.3.2 Основные представления о фильтрационных процессах и

фильтрационных свойствах буровых растворов

1.3.3 Технические мероприятия, реализуемые для повышения устойчивости

ствола скважины при бурении в глинах
1.4 Существующие представления об управлении поведением
тампонажных растворов в строительстве скважин и о процессах, протекающих при твердении цемента
1.4.1 Управление свойствами тампонажных растворов
1.4.2 Влияние органических соединений на схватывание цемента и
представления об их действии на процесс гидратации цемента
1.4.3 Структура цементного раствора-камня и ее влияние на свойства камня
1.4.4 Устойчивость цементного камня в различных термодинамических условиях
и используемые тампонажные цементы
1.4.5 Коррозия цементного камня и коррозионная стойкость существующих
цементов
1.5 Представления о свойствах межчастичных сил и их влияние на
структуру различных веществ
1.5.1 Силы, действующие между атомами
1.5.2 Межчастичные силы
1.5.3 Водородные связи
1.5.4 Взаимодействия в реальных веществах и их структура
1.6 Представления о структуре и свойствах составляющих буровых и
тампонажных растворов
1.6.1 Структурные модели жидкой воды
1.6.2 Существующие представления о строении глины
1.6.3 Существующие представления о гидратации глины и состоянии воды в

1.6.4 Цемент, его составляющие и их гидратация
1.6.5 Соединения, слагающие цементный камень и влияние
последовательности их образования на свойства цементного камня

1.7 Анализ состояния вопроса и постановка задач исследования
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 1
ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА ПРЕДСТАВЛЕНИЙ ОБ УПРАВЛЕНИИ СВОЙСТВАМИ БУРОВЫХ И ТАМПОНАЖНЫХ РАСТВОРОВ НА ВОДНОЙ ОСНОВЕ ПУТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ВОДЫ В НИХ. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ НА ВОДНОЙ ОСНОВЕ
2.1 Действие межчастичных сил в воде. Особенности ее поведение в
контакте с компонентами буровых и тампонажных растворов
2.1.1 Структура жидкой воды
2.1.2 Водородные связи в воде и гидратная полимеризация
2.1.3 Гидратные полимеры
2.1.4 Поведение воды в присутствии различных соединений
2.2 Структура глины и воды в ней. Управление поведением глины
2.2.1 Уточнение представлений о структуре глины
2.2.2 Гидратация глины и состояние воды в ней
2.2.3 Структура воды в глине, ее влияние на физико-механические свойства и
поведение глины в скважине
2.2.4 Управление поведением глины в контакте с водными средами
2.2.5 Гидратная стабилизация глины в скважине
2.2.6 Управление поведением глины в составе буровых растворов
2.3 Управление процессами, протекающими в буровых растворах при
строительстве скважин
2.3.1 Действие межчастичных сил в буровом растворе и реологические свойства
буровых растворов
2.3.2 Процессы, протекающие при растворении реагентов и их влияние на
реологические свойства буровых растворов
2.3.3 Влияние воды на процессы фильтрации и фильтратоотдачи буровых
растворов
2.4 Влияние воды на процессы, происходящие при гидратации цемента
2.4.1 Продукты гидратации цемента и их свойства
2.4.2 Поведение воды в процессах, происходящих при гидратации цемента и
его отверждении
2.4.3 Управление состоянием воды для ускорения сроков схватывания
тампонажных цементов
2.4.4 Управление состоянием воды в составе цементного раствора для
замедления схватывания тампонажных цементов
2.4.5 Влияние состояния воды в цементном тесте-камне на объемные
изменения в цементном растворе-камне
2.4.6 Влияние состояния воды на усадочные деформации цементного тестакамня. Управление состоянием связей воды для расширения цементного камня в за - и межколонном пространстве скважин
2.4.7 Влияние состояния воды в цементном камне на его гидротермальную
устойчивость
2.4.8 Мероприятия по обеспечению применимости тампонажного
портландцемента при повышенных и высоких температурах

2.4.9 Рабочая гипотеза повышения устойчивости цементного камня к
агрессивным пластовым флюидам
2.5 Методы исследования буровых и тампонажных растворов на водной
основе 179
2.5.1 Методы проведения исследований
2.5.2 Материалы, применяемые для проведения исследований свойств буровых
и тампонажных растворов
2.5.3 Методика обработки результатов экспериментов
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 2
ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИИ ПО УПРАВЛЕНИЮ
ПОВЕДЕНИЕМ ГЛИНЫ В ПРОЦЕССЕ СТРОИТЕЛЬСТВА СКВАЖИНЫ
3.1 Исследование влияния структурного состояния воды на набухание
глины в воде
3.1.1 Набухание глины в водных растворах высокомолекулярных соединенийнеэлектролитов
3.1.2 Влияние на набухание глины водных растворов полярных органических
соединений, обладающих поверхностной активностью
3.1.3 Набухание глины в водных растворах солей
3.2 Выбор соединений, управляющих состоянием воды, для
стабилизации глины в скважине
3.2.1 Термодинамика процессов растворения реагентов, используемых для
обработки буровых растворов
3.2.2 Оценка термодинамических факторов, определяющих процесс
растворения реагентов
3.3 Разработка ингибиторов разрушения глины
3.3.1 Разработка реагентов, управляющих поведением глины в стволе скважины
на основе полиакрилатов натрия
3.3.2 Разработка состава реагентов, управляющих поведением глины в стволе
скважины на основе жидкого стекла
3.3.3. Гидратные стабилизаторы глины на основе солей низкомолекулярных
органических кислот
3.4 Промывка скважин и реология буровых растворов
3.4.1 Исследование влияния реагентов на реологические параметры буровых
растворов
3.4.2 Исследование влияния сочетаний реагентов на реологические свойства
буровых растворов
3.5 Управление фильтрационными свойствами буровых растворов
3.5.1 Анализ поведения буровых растворов в процессе фильтрации
3.5.2 Влияние состояния воды в буровом растворе на фильтрационные потери
буровых растворов
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 3
ГЛАВА 4 ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ, УПРАВЛЯЮЩИХ СОСТОЯНИЕМ СТВОЛА СКВАЖИНЫ

ве портландцемента, обожженного твердого остатка содового производства и кремнеземистого компонента. Большое распространение для повышения устойчивости цементного камня к минерализованным средам получили добавки в состав вяжущего различных полимеров [62, 172].
Агзамовым Ф.А. [4] исследованы процессы взаимодействия растворенного С02 с различными клинкерными минералами. Им был сделан вывод о необходимости ввода в состав цемента карбонатной добавки, с целью замедления процессов коррозионного поражения.
Кондращенко Е.В. [99] изучена коррозионная стойкость тампонажного материала для крепления скважин с повышенной агрессивностью пластовых флюидов содержащих МдБСД, МдС12. Показана высокая стойкость данного тампонажного цемента в магнезиальных средах, обусловленная содержанием в составе камня гидро-гроссуляров или гидропиропов. Испытания коррозионной стойкости разработанного вяжущего гидрогранатного твердения в средах МдЭСД, МдС12 показали, что прочность цементного камня не падает, а растет, достигая 33-34МПа.
Испытания коррозионной стойкости тампонажного материала гидрогранатно -гидросиликатного твердения, разработанного В.А. Тихоновым [97, 170, 207, 208], показала его высокую солестойкость.
Работами Каримова Н.Х., Запорожец Л.С., Кузнецовой Т.В., Кондращенко Е.В., Тихонова В.А. показано, что наиболее высокой стойкостью обладают вяжущие твердеющие с формированием гидрогроссуляров, т.к. данные соединения обладают низкой растворимостью.
Однако все данные работы, исходят из того, что соединения, слагающие цементный камень являются солями слабых кислот и слабых оснований. Данное положение вызывают значительные возражения, в связи, с чем в последующем подробнее рассмотрим возможность повышения коррозионной устойчивости цементного камня.
Для того чтобы корректно проанализировать известные теоретические представления о компонентах, слагающих буровые и тампонажные растворы, рассмотрим существующие представления о свойствах межчастичных сил и их влияние на структуру различных веществ.