ИНСТРУКЦИЯ

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И ПРОИЗВОДСТВУ ИЗОЛЯЦИОННЫХ РАБОТ МЕТОДОМ НАГНЕТАНИЯ ТАМПОНАЖНЫХ СМЕСЕЙ ПРИ ЛИКВИДАЦИИ ПОГЛОЩЕНИЙ ПРОМЫВОЧНОЙ ЖИДКОСТИ В СКВАЖИНАХ

Зорошилопград — 1973

УТВЕРЖДАЮ:

Начальник геологического управления МУП СССР Г. ЛУГОВОЙ. J973 г.

ИНСТРУКЦИЯ

по проектированию И ПРОИЗВОДСТВУ ИЗОЛЯЦИОННЫХ РАБОТ МЕТОДОМ НАГНЕТАНИЯ ТАМПОНАЖНЫХ СМЕСЕЙ ПРИ ЛИКВИДАЦИИ ПОГЛОЩЕНИЙ ПРОМЫВОЧНОЙ ЖИДКОСТИ В СКВАЖИНАХ

Ворошиловград— 1973

прокачиваться буровым насосом. Так как свойства смеси и необходимые добавки существенным образом зависят от качества глины, используемой для приготовления исходных глинистых растворов, в каждой организации эти концентрации должны определяться опытным путем.

Общие закономерности поведения тампонажной смеси в процессе структурообразования под воздействием вводимых в глинистый раствор добавок для наглядности возможно характеризовать идеализированной кривой, приведенной на рис. 2. Кривая имеет три характерных участка, по времени соответствующие основным технологическим операциям при закачке тампонажной смеси в проницаемый горизонт.

Рис. 2. Общие закономерности изменения структурно-механических свойсти тампонажной смеси на глинистой основе во времени

Начальный участок /, протекающий в продолжении времени Т\ характеризуется медленным ростом прочности структуры смеси. Абсолютная прочность структуры на данном участке удовлетворяет условиям прокачиваемости смеси, а время течения соответствует

продолжительности проведения закачки от момента добавки цемента и перемешивания до окончания продавливания тампонажной смеси через манифольд и бурильные трубы в поглощающий горизонт.

Участок кривой 2, соответствующий времени Гг, характеризуется интенсивным ростом прочности структуры смеси. Продолжительность интенсивности роста прочности структуры смеси определяет время выдержки скважины под давлением для обеспечения условия равновесия на контуре изоляционной перемычки. За это время смесь приобретает прочность, близкую к максимальной.

Участок 3 отражает завершающий этап стабилизации смеси, характеризующийся незначительным повышением прочности структуры.

Максимальная величина статического напряжения сдвига на участке 3 определяет прочность созданной изоляционной перемычки, т. е. качество тампонажных работ.

Проведенные исследования и опыт производства изоляционных работ показали, что смеси на основе глинистого раствора, обладающего высокими структурно-механическими свойствами, с добавкой тампонажного цемента, наполнителя в виде древесных опилок и жидкого стекла полностью отвечают указанным требованиям.

б) Методика определения свойств тампонажных смесей на глинистой основе

Свойства тампонажных смесей в значительной степени зависят от качественных параметров и от количественного соотношения составляющих их компонентов- Поэтому для разработки рационального состава смеси с заданными структурно-механическими свойствами и с целью контроля качества приготовляемых смесей для конкретных условий производства изоляционных работ необходимо производить определение комплекса контролирующих параметров.

Свойства тампонажных смесей на глинистой основе рекомендуется контролировать посредством следующих основных параметров.

1.    Удельный вес — у, г/см?,

2.    Растекаемость, см,

3.    Водоотдача — В, см³ за 30 мин.,

4.    Статическое напряжение сдвига — 0, мГ/см²,

5.    Пластическая прочность структуры по методу

Ребиндера — Р_т, Г/см².

При детальных исследованиях свойств тампонажных смесей необходимо дополнительно определять структурную вязкость — rj и динамическое напряжение сдвига — т₀.

Определение перечисленных основных параметров производится с помощью стандартных приборов; часть этих приборов входит в комплект переносной лаборатории глинистых растворов ЛГР-2. Удельный вес определяется с помощью ареометра АГ-2, растекае-

мость — по конусу АзНИИ, водоотдача — на приборе ВМ-6, статическое напряжение сдвига — на приборе СНС-2, пластическая прочность — путем вдавливания конуса на переоборудованном приборе «Игла Вика».

Для определения статического напряжения сдвига смесей на приборе СНС-2, обладающих высокими структурно-механическими свойствами, необходимо использовать специальные нити из стальной проволоки диаметром 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; и 1,4 мм. Тарирование нитей производится по методике, приведенной в паспорте каждого прибора СНС-2. Измерения статического напряжения сдвига производятся по существующей методике.

Пластическая прочность структуры измеряется путем вдавливания конуса по методу академика П. А. Ребиндера, усовершенствованному применительно к практике изучения цементных растворов Н. С. Винарским. Измерения проводятся на переоборудованном приборе «Игла Вика» с использованием наконечников на игле в виде конусов с углом при вершине 90° и 60°. Конусные наконечники изготовляются из легкого материала — сплавов алюминия или оргстекла.

Методика определения пластической прочности смеси на приборе «Игла Вика» состоит в следующем.

Приготовленная тампонажная смесь заливается в стальное кольцо диаметром 100—200 мм и высотой 40 мм, установленное на стеклянной пластине. Поверхность смеси тщательно выравнивается. После этого кольцо устанавливается на прибор «Игла Вика» и острие конуса подводится к поверхности тампонажной смеси. Для установления прочности смеси стопор иглы отпускается и конус погружается в смесь под действием веса подвижной системы прибора-

По величине погружения конуса рассчитывается пластическая прочность структуры смеси по формуле.

Pm=K«p.    (1)

где Р_л, — пластическая прочность структуры, г/см²\

F — вес погружаемой системы, г;

h — глубина погружения конуса в тампонажную смесь, см;

К а — коэффициент, зависящий от угла конуса.

Коэффициент Ка может быть определен по формуле

к_а -^cos- - ctg^-.    (2)

где а — угол при вершине конуса.

Основное влияние на структурно-механические свойства смесей, как уже отмечалось, оказывает цемент. Поэтому при определении рационального состава смеси вначале определяется необходимая добавка цемента. Для этого, начиная с исходных концен-

траций, содержание цемента в глинистом растворе постепенно увеличивается и каждый раз определяется растекаемость полученной смеси сразу после ее приготовления.

После того, как будет получена растекаемость порядка 13-14 см, необходимо определить оптимальную добавку жидкого стекла или древесных опилок.

Основными параметрами, характеризующими структурно-механические свойства тампонажных смесей, являются статическое напряжение сдвига 0 и пластическая прочность Р_т структуры.

При определении структурно-механических свойств смеси важно изучить характер их изменения во времени. Для получения такой зависимости производятся измерения статического напряжения сдвига и пластической прочности через 1, 10, 30, 60, 120 и 240 мин. При этом для каждого измерения приготовляется новая порция смеси. Это требование обусловлено тем, что при повторном перемешивании смеси ее структурно-механические свойства существенно изменяются. Для смеси хорошего качества статическое напряжение сдвига и пластическая прочность должны устойчиво возрастать.

Методика определения остальных параметров не отличается от общепринятой. Следует только не допускать разрыва времени между полным приготовлением исследуемой смеси и измерением ее параметров больше чем 1 мин.

в) Свойства тампонажных смесей на глинистой основе

Оптимальные составы тампонажных смесей на глинистой основе, разработанные в Донбассаитрацитовском управлении на основе глин Дружковского карьера УССР для изоляции зон поглощения при бурении скважин в трещиноватых горных породах и их свойства в зависимости от качества исходного глинистого раствора приведены в табл. 1.

Как показали проведенные исследования и опыт работы, качество исходного глинистого раствора существенно влияет на свойства тампонажной смеси. Особенно большое значение имеет удельный вес и структурно-механические свойства исходного раствора. Поэтому для каждого типа используемых глин необходимо уточнять оптимальный состав смесей.

Однако общие закономерности изменения свойств тампонажных смесей на глинистой основе сохраняются. Эти общие закономерности приведены ниже для тампонажных смесей, приготовленных на основе глин Дружковского карьера УССР.

На рис. 3 приведены в качестве примера данные о влиянии удельного веса исходного глинистого раствора на свойства тампонажной смеси без наполнителя с добавками 100 г/л цемента и 10 г/л жидкого стекла. Видно, что повышение удельного веса глинистого раствора с 1,18 г/см³ до 1,20г/см³ увеличивает пластическую прочность структуры смеси через 4 часа стабилизации в 2,5 раза.

Свойства смеси »S ео з а X W 0, мг/см2 р г/см2 h н -сек *0 £ u 1 1 240 мин. | мин. | 240 1 мин. н/м2 Состав смеси а и С w >> ю 1 мин. м2

I. С наполнителем

Глинистый раствор Y“ 1,18 г/см*

+ цемент — 50 кг/м*

4-опилки — 50 кг/м^г 1,20    1570    8000    2,4    18,5    40 • 10—³    72

Глинистый раствор Y= 1,20 г/см*

+ цемент — 50 кг/м³

+ опилки — 50 кг/м* 1,22    1750    8600    2,7    20,5    57-10-3    128

Глинистый раствор Y=l,23 г/см*

-f цемент — 50 кг/м*

+ опилки — 50 кг/м* 1,25    2250    9200    3,6    28,3    72-10~³    136

11. Без наполнителя

Глинистый раствор Y= 1,18 г/см*

-f цемент — 100 кг/м³ 4- жидкое стекло —

10 кг/м*    1,28    4100    31000    4,7    116,0    24-10-3    88

Глинистый раствор Y=l,20 г/см*

+ цемент — 100 кг/м*

+ жидкое стекло —

10 кг/м*    1,30    4350    35000    5,7    132,0    42-10-3    140

Глинистый раствор Y= 1,23 г/см*

+ цемент — 100 кг/м*

4- жидкое стекло —

10 кг/м*    1,33    4870    41000    8,4    262,0    51-10-3    192

Тампонажные смеси с наполнителем, приготовленные на основе глинистого раствора с добавкой тампонажного цемента и наполнителя, изменяют свои свойства в зависимости от количества добавки цемента и наполнителя. Закономерности изменения структурно-механических свойств тампонажных смесей на основе глинистого раствора с параметрами: у=\,22 г/см^ъ\ Т=90 сек; 0i = = 160 мг/см²\ В= 25 см^г и растекаемостью по конусу АзНИИ —

Рис. 3. Влияние удельного веса исходного глинистого раствора на свойства тампонажной смеси: /—у —1,18 г{смъ, 2 — у=1,20 г/см*, 3 — у= 1,23 г/см*

18 см видны из рис. 4, где отражены изменения статического напряжения сдвига смеси в зависимости от концентрации древесных опилок. На приведенном графике кривая 1 получена для исходного раствора без добавления цемента, кривые 2, 3, 4, 5 и 6 — соответственно с добавкой 10, 20, 30, 40 и 50 г/л цемента.

Из приведенных данных видно, что с ростом концентрации наполнителя в растворе с цементом статическое напряжение сдвига смеси растет. Введение наполнителя в исходный глинистый раствор, не содержащий цемента, практически не приводит к изменению 0ь

Влияние добавок цемента на свойства тампонажных смесей с наполнителем наглядно характеризуется закономерностями роста статического напряжения сдвига (рис. 5) и пластической прочности структуры (рис. 6) смеси от времени стабилизации. На приведенных графиках кривые 1, 2, 3, 4, 5 даны соответственно для содержаний 10, 30, 50, 70, 90 ajл раствора цемента. Как видно из приведенных данных, интенсивность роста прочностных параметров возрастает с увеличением концентрации цемента в тампонажной смеси. Однако практика показала, что прочность смеси с напол-

Рис. 4. Зависимость статического напряжения сдвига тампонажной смеси от концентрации древесных опилок

нителем при содержании цемента более 50 г/л возрастает до таких величин, при которых ее перекачивание поршневым насосом становится невозможным. Это обстоятельство ограничивает добавки цемента в тампонажные смеси с наполнителем до 50 кг/м^ъ.

На рис. 7 приведен график зависимости водоотдачи от содержания цемента в тампонажной смеси. Из рисунка видно, что водоотдача смеси растет при увеличении содержания цемента до 50—60 г/л, а при содержаниях цемента более 60 г/л водоотдача начинает существенно снижаться. Таким образом, величина максимальной водоотдачи соответствует наибольшей возможной концентрации цемента, обусловленной прокачиваемостью тампонажной смеси.

Влияние температуры на свойства смеси с содержанием 50 г/л цемента приведено на рис. 8. Из приведенных данных на рис. 8 видно, что температура существенно влияет на интенсивность роста статического напряжения сдвига, а также на конечную прочность структуры смеси. При повышении температуры интенсивность роста Р_т и 0 во времени увеличивается. Следовательно, при проведении тампонажных работ необходимо учитывать температуру в интервале поглощающего горизонта.

Рис. 5. Влияние добавки цемента на статическое напряжение сдвига тампонажной смеси с наполнителем. Концентрация цемента: / — 10 г/л; 2—30 г/л; 3 — 50 г/л; 4 — 70 г/л; 5 — 90 г/л

Тампонажные смеси без наполнителя с добавкой жидкого стекла обладают более высокими структурно-механическими свойствами, как это видно из табл. 1. Тем не менее перекачивание их поршневым насосом не вызывает затруднений, так как жидкое стекло подается в смесь в процессе закачки.

Влияние добавок силиката натрия (жидкого стекла) на свойства тампонажной смеси, приготовленной на основе глинистого раствора с удельным весом 1,18 г/см^г с добавкой 100 г/л цемента, показано в табл. 2 и на рис. 9 и 10. На представленных рисунках кривые 2, 3 и 4 даны для содержания соответственно 2,5 и 10 г/л жидкого стекла. Кривая 1 — для тампонажной смеси до обработки ее жидким стеклом.

Из приведенных данных видно, что жидкое стекло даже в небольших концентрациях (0,5—1,0%) резко увеличивает прочностные характеристики смеси. Так, при добавке жидкого стекла в количестве 1% пластическая прочность через 1 минуту равна 5,6 г/см², а уже через 4 часа времени стабилизации достигает 91,2 г/см². Однако следует отметить, что увеличение добавок жидкого стекла до 3% и более приводит к увеличению интенсивности

Рис. 6. Влияние добавки цемента на пластическую прочность тампонажной смеси с наполнителем. Концентрация цемента: / — 10 г/л; 2 — 30 г/л; 3 — 50 г/л; 4 — 70 г!л; 5 — 90 г/л

роста прочности смеси в начальный период структурообразоваиия, в то время как конечная прочность смеси увеличивается незначительно. Так, добавка жидкого стекла в количестве 3% по сравнению с добавкой 2% приводит к увеличению статического напряжения сдвига и пластической прочности структуры смеси в начальный период времени стабилизации (через 1 и 10 минут) соответственно в 3 и в 5 раз, а конечная прочность структуры смеси увеличивается только в 1,1 —1,15 раза. Следовательно, большие концентрации жидкого сгекла в смеси нерациональны, так как они не дают значительного увеличения конечной прочности структуры, но ухудшают прокачиваемость.

Для установления возможности улучшения прокачиваемости смеси с сохранением ее конечной прочности и статического напряжения сдвига проверено действие на смесь наиболее распространенных реагентов-разжижителей: ССБ, КМЦ, УЩР, ЫазР04.

Установлено, что все исследованные реагенты, за исключением ССБ, оказывают несущественное разжижающее действие лишь в

Рис. 7. Влияние концентрации цемента на водоотдачу тампонажной смеси на глинистой основе

О    60    120    180    2*0 cm о о иль э а и, и и пи* Рис. 8. Влияние температуры на процесс структурообразования тампонажной смеси

Составители: кандидаты технических наук ИВАЧЕВ Л. М., КИПКО Э. Я., ПОЛОЗОВ Ю. А., САЛАМАТОВ М. А.

Рис. 9. Влияние концентрации жидкого стекла на изменения статического напряжения сдвига тампонажной смеси во времени Концентрация Na20nSi02 — / — 0; 2 — 2 г/л; 5 — 5 г/л; 4—10 г/л

небольших концентрациях (менее 5 г/л), приводят в то же время к уменьшению конечных 0 и Р_т смеси. ССБ разжижает смесь тем лучше, чем выше концентрация, но при этом настолько уменьшает конечные статическое напряжение сдвига и прочность стабилизировавшейся структуры, что ее применение теряет смысл.

Существенное влияние на структурно-механические свойства тампонажных смесей оказывает время перемешивания смеси при ее приготовлении. Характер изменения структурно-механических свойств от продолжительности приготовления тампонажной смеси с наполнителем (глинистый раствор с вязкостью 50 сек с добавкой тампонажного цемента 50 г/л и древесных опилок 50 г/л) виден на рис. 11 и 12, где представлены зависимость изменения 0 и Р_т от времени перемешивания. На рисунках кривые 1, 2, 3, 4, 5 даны для времени стабилизации структуры 1, 10, 30, 60, 120 мин. соответственно. Резкое падение структурно-механических свойств там-

Введение .............. 5

1.    Сущность метола нагнетания тампонажной смеси и общая организация работ    .    .    6

2.    Характеристика тампонажных смесей на глинистой основе

а)    состав тампонажных смесей на глинистой основе ...    10

б)    методика определения свойств тампонажных смесей на глинистой основе.............12

в)    свойства тампонажных    смесей на глинистой основе .    14

г)    выбор тампонажной    смеси .........25

3.    Получение исходных данных для проектирования изоляционных работ в скважине

а)    методика проведения исследований проницаемых горизонтов в скважинах............27

б)    методика расчета параметров трещиноватости проницаемого горизонта..............29

4.    Проектирование работ по изоляции поглощающих горизонтов в скважинах

а)    методика расчета изоляционной завесы вокруг ствола скважины в интервале    проницаемого    горизонта ..... 31

б)    методика расчета    параметров    нагнетания    тампонажной смеси 35

в)    пример расчета изоляционной завесы вокруг ствола скважины .    .     42

5.    Технология производства изоляционных работ

а)    технологические схемы закачки тампонажных смесей в скважины ...............45

б)    технология проведения закачек тампонажных смесей под

давлением..............47

6.    Технические средства для производства изоляционных работ

а)    технические средства для приготовления и закачки тампонажной смеси.............53

б)    технические средства для перекрытия ствола скважины .    56

7.    Техника безопасности при проведении изоляционных работ методом нагнетания    51

Освоение глубоких горизонтов при добыче каменного угля связано с бурением большого количества глубоких разведочных и технических скважин. Значительная часть этих скважин проходится в условиях интенсивных поглощении промывочной жидкости, обусловленных трещиноватостью горных пород. Поэтому одним из основных видов осложнений, тормозящих темпы роста техникоэкономических показателей бурения скважин на угольных месторождениях колонковым способом, являются поглощения промывочной жидкости.

Проблема борьбы с поглощениями промывочной жидкости при бурении является актуальной для многих районов Союза, где ведутся буровые работы. Многообразие причинности проблемы чрезвычайно осложняет ее положительное решение. Вот почему вопросами, связанными с предупреждением и ликвидацией поглощений промывочной жидкости при бурении, занимаются во многих производственных и научно-исследовательских организациях, а также в вузах страны. В результате общих усилий научно-исследовательских и производственных организаций разработаны самые различные средства борьбы с поглощениями промывочной жидкости. Но ни одно из них не является универсальным.

В Донбассаитрацитовском управлении шахтной геологии, разведочного и технического бурения МУП УССР совместно с сотрудниками кафедр технологии и техники разведки Свердловского горного института и Донецкого политехнического института разработан и внедрен в производство метод ликвидации поглощений промывочной жидкости при бурении, связанных с трещиноватыми горными породами, путем нагнетания под давлением тампонажных смесей на глинистой основе.

Опыт производства изоляционных работ при бурении разведочных и технических скважин в Донбассаитрацитовском управлении показал высокую надежность и эффективность метода нагнетания под давлением нетвердеющих тампонажных смесей с высокими структурно-механическими свойствами. Такие смеси приготовляют -

ся на базе глинистых растворов с добавлением в качестве струк-турообразователей тампонажного цемента и жидкого стекла.

В отличие от цементных растворов и БСС тампонажная смесь на глинистой основе перекрывает каналы ухода промывочной жидкости не вследствие твердения, а за счет высоких структурно-механических свойств.

По сравнению с цементными растворами и БСС тампонажные смеси на глинистой основе имеют значительно меньшую стоимость, приготовляются из широко распространенных недефицитных материалов, удовлетворительно перекачиваются поршневыми насосами без ограничения времени прокачивания, успешно могут быть использованы для изоляции зон поглощения промывочной жидкости в скважинах, буримых как с водой, так и с глинистым раствором. При этом предварительное удаление глинистой корочки со стенок скважины или обработка ее буферными жидкостями не требуется.

С целью повышения эффективности и надежности изоляционных работ разработана методика расчета необходимых размеров изоляционных завес и технологических параметров нагнетания тампонажной смеси для ее формирования на основании данных гидродинамических исследований в скважинах.

Методика производства гидродинамических исследований в скважинах и обработка результатов измерений подробно изложена в «Инструкции по исследованию проницаемых горизонтов в скважинах расходомером ДАУ-ЗМ», утвержденной МУП СССР 1 ноября 1971 г. Разработанная методика проектирования и производства изоляционных работ позволяет успешно и с минимальными затратами средств и времени ликвидировать поглощения промывочной жидкости в проницаемых горизонтах, представленных трещиноватыми горными породами. Экономическая эффективность метода нагнетания тампонажных смесей на глинистой основе по сравнению с методами ликвидации поглощений БСС и цементными растворами составляет сотни тысяч рублей.

Технические средства, рекомендуемые для производства изоляционных работ в скважинах методом нагнетания тампонажных смесей под давлением, выпускаются серийно заводами или центральными механическими мастерскими. Так, расходомеры типа ДАУ-ЗМ выпускаются механическими мастерскими Донбассантра-цитовского управления и ЦРММ треста шахтной геологии МУП УССР, пакерующие устройства для скважин диаметром 93 и 76 мм типа ДАУ-1 — опытным заводом шахтного машиностроения (ОЗМШ) в г. Щекино.

1. СУЩНОСТЬ МЕТОДА НАГНЕТАНИЯ ТАМПОНАЖНОЙ СМЕСИ И ОБЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ

Характер взаимодействия жидкостей в системе «скважина — проницаемый горизонт» обусловлен величиной и направлением

избыточного давления на стенки скважины в зоне поглощения, строением проницаемого горизонта и физико-механическими свойствами жидкости.

В случае превышения гидростатического давления в интервале проницаемого горизонта над пластовым, жидкость в проницаемом горизонте будет двигаться от ствола и тем интенсивнее, чем больше абсолютная величина перепада давления на стенках скважины. Однако при наличии в интервале проницаемого горизонта глинистого раствора, обладающего структурно-механическими свойствами и способностью отфильтровывать воду, каналы ухода жидкости из скважины перекрываются. Механизм перекрытия каналов зависит от строения проницаемого горизонта. Так, стенки скважины из пористых горных пород благодаря фильтрации воды из глинистого раствора покрываются глинистой коркой, которая препятствует движению жидкости из скважины в проницаемый горизонт. В проницаемом горизонте, представленном монолитными трещиноватыми горными породами, образования глинистой корки не происходит. Здесь перекрытие каналов движения жидкости — трещин происходит за счет структурно-механических свойств, благодаря которым заполнивший трещины глинистый раствор образует гель. Однако вследствие относительно низкой прочности структуры глинистых растворов, полное перекрытие примыкающих к стволу скважины трещин возможно лишь при небольших величинах избыточного давления и малых раскрытиях трещин.

С целью устранения ухода промывочной жидкости из скважины по трещинам с большим раскрытием и при значительном избыточном давлении возможно примыкающие к стволу скважины трещины заполнять специальными составами с высокими структурно-механическими свойствами — тампонажными смесями. Операции по заполнению примыкающих к стволу скважины трещин тампонажными смесями с целью формирования изоляционной завесы выполняются методом нагнетания. Схема формирования изоляционной завесы в поглощающем горизонте методом нагнетания тампонажной смеси представлена на рис. I.

Тампонажная смесь нагнетается в скважину. При условии превышения давления тампонажной смеси над пластовым давлением она из ствола скважины проникает в поглощающий горизонт, заполняя все каналы, по которым при бурении уходила промывочная жидкость. В результате вокруг ствола скважины формируется изоляционная перемычка, формы и размеры которой обуславливаются мощностью, условиями залегания и параметрами трещиноватости проницаемого горизонта, а также режимом закачки тампонажной смеси.

После окончания нагнетания смеси в проницаемый горизонт избыточное давление на стенки скважины в течение некоторого промежутка времени сохраняется. В статическом состоянии тампонажная смесь благодаря своим структурно-механическим свойствам образует структурированную систему с высокой пластической проч-

ностью, которая закупоривает все каналы ухода жидкости. Кальма-тационные явления, сопутствующие процессу нагнетания тампонажной смеси, также способствуют перекрытию каналов движения жидкости. После окончания тампонажных работ и возобновления процесса бурения промывочная жидкость не будет уходить из ствола скважины в поглощающий горизонт, если избыточное давление не разрушит изоляционную перемычку.

Прочность изоляционной перемычки зависит от ее размеров и структурно-механических свойств тампонажной смеси. Поэтому для формирования устойчивой изоляционной перемычки с минимальными размерами необходимо применять тампонажные смеси с максимально высокими значениями пластической прочности.

Метод нагнетания тампонажной смеси для ликвидации поглощений промывочной жидкости рекомендуется применять при бурении разведочных, технических и других скважин, в которых поглощения связаны с трещиноватыми горными породами.

Работы по изоляции проницаемых горизонтов с целью ликвидации поглощений промывочной жидкости при бурении скважин необходимо производить с предварительным детальным исследованием проницаемых горизонтов для установления их объективных характеристик. Получаемые при исследовании данные о проницаемых горизонтах позволяют выбрать рациональную схему производства работ, состав и необходимое количество тампонажной смеси, а также рассчитать режим ее нагнетания. В результате изоляционные работы выполняются качественно, при оптимальных технических и технологических параметрах и с минимальными затратами материалов. При этом большое влияние на результаты закачки тампонажной смеси оказывает общая организация и взаимодействие всех служб, участвующих в подготовке и проведении изоляционных работ.

Рекомендуется следующая организационная схема производства изоляционных работ с целью ликвидации поглощений промывочной жидкости. Эта схема включает три взаимных этапа.

На первом этапе осуществляются гидродинамические исследования в скважине, пересекшей проницаемый горизонт, целью которых является получение исходных данных для проектирования изоляционных работ. Эти работы рекомендуется проводить после пересечения скважиной всего поглощающего горизонта силами геофизической службы.

На втором этапе производится проектирование изоляционных работ с учетом конкретных условий бурения данной скважины. При проектировании выбирается рациональная схема нагнетания и необходимый состав тампонажной смеси, определяются размеры изоляционной перемычки и потребное количество тампонажной смеси, рассчитываются технологические параметры режима нагнетания смеси. Проектирование должно выполняться высококвалифицированными работниками в области технологии бурения.

Третий заключительный этап включает все работы, непосредственно связанные с приготовлением и закачкой тампонажной смеси. Собственно изоляционные работы проводятся специальной тампонажной бригадой совместно с буровой бригадой.

2. ХАРАКТЕРИСТИКА ТАМПОНАЖНЫХ СМЕСЕЙ НА ГЛИНИСТОЙ ОСНОВЕ

а) Состав тампонажных смесей на глинистой основе

Тампонажные смеси с высокими структурно-механическими свойствами наиболее просто и экономично возможно получить на базе глинистого раствора, обладающего тиксотропными свойствами. Базовый раствор для приготовления тампонажной смеси должен иметь следующие значения основных параметров:

_т = 1,18—1,23 г/см³ Т = 60—90 сек по СПВ-5 В—25 см³ за 30 мин.

0 = 100—150 мГ/см²

Для получения тампонажной смеси с необходимыми структурномеханическими параметрами в глинистый раствор добавляются в соответствующих количествах следующие структурообразователи: тампонажный цемент марки 500; силикат натрия (жидкое стекло) с модулем порядка 3. При отсутствии необходимых условий для применения жидкого стекла тампонажная смесь готовится путем добавления в глинистый раствор тампонажного цемента и древесных опилок.

В зависимости от состава тампонажные смеси па глинистой основе можно подразделить на две разновидности:

а)    тампонажные смеси с наполнителем, состоящие из глинистого раствора, тампонажного цемента и древесных опилок;

б)    тампонажные смеси без наполнителя, состоящие из глинисто-ю раствора, тампонажного цемента и жидкого стекла.

Исследованиями установлено, что наиболее эффективным струк-турообразователем тампонажных смесей на базе глинистого раствора является тампонажный цемент. Добавление в тампонажную смесь древесных опилок и жидкого стекла позволяет значительно ускорить процессы ее структурообразования и увеличить конечную прочность смеси.

При определении величины добавки в глинистый раствор цемента, жидкого стекла и наполнителя, для получения тампонажной смеси необходимого качества, следует исходить из следующих соображений. С одной стороны, смесь должна обладать высокими структурно-механическими и закупоривающими свойствами, которые увеличиваются при повышении концентрации добавляемых компонентов. С другой стороны, смесь должна удовлетворительно