Тампонажні цементи на основі полімерів

Полімерні тампонажні матеріали в порівнянні з мінеральними мають такі переваги:

o низька густина і можливість її регулювання в широких межах;

o можливість регулювання часу загуснення;

o здатність рідкої фази (фільтрату) тверднути;

o висока адгезійна здатність;

o висока седиментаційна стійкість;

o відсутність контракції;

o повна непроникність каменю;

o інертність до промивальних рідин і пластових флюїдів.

Ці властивості зберігаються і тоді, коли до складу твердого тіла, крім полімерів, входять наповнювачі. До тампонажних цементів на основі полімерів з наповнювачами належить тампонажний ма­теріал на основі полівінілхлориду (ПВХ), який має всі переваги полімерів і позбавлений недоліків портландцементних і шлакових матеріалів. Крім ПВХ, до його складу входять дибутилфталат (ДТФ) і до 20% каоліну. Тампонажний камінь із такого цементу має влас­тивість набухати на 15—20% у водному середовищі і давати усадку на 20—28% у вуглеводневому. Цю його властивість використовують для селективної ізоляції пластів.

Одержані також тампонажні суміші на основі гіпану, КМЦ, ПАА, ПВС. Однак найчастіше полімер-органічні речовини входять до складу цементних суспензій і утворюють з ними полімер-цементні тампонажні суміші.

В основі формування структури тужавіючого матеріалу лежить процес гідратаційного структуроутворення суспензій мінеральних в'яжучих речовин. Матеріал, що полімеризується, знаходиться в рідкій фазі мінеральної суспензії в розчиненому або колоїдно-дис­пергованому стані. Завдяки полімеризації речовини в поровому просторі цементного тіла вдається покращити його властивості, а саме: знизити водовіддачу, газопроникність, підвищити міцність, пластичність, хімічну стійкість. Подібну модифікацію можна про­вести і з іншими типами мінеральних в'яжучих за незначної витра­ти полімерної речовини.

До найбільш поширених і доступних полімерних матеріалів нале­жать фенолальдегідні поліконденсати (ФАС). Введення ФАС до цементного розчину збільшує пластичність, морозостійкість, хімічну стійкість цементного каменю, зменшує його проникність. Під час контактування його фільтрату з глинистою кіркою відбувається її зміцнення, підвищується адгезія до цементного каменю, що знач­но покращує якість кріплення свердловини.

Дисперсію поліетилену в воді рекомендують для модифікації шлакового цементу, що надає каменю високу ударну стійкість.

Нафтові смоли, які одержують шляхом каталітичної полімери­зації залишків нафтопереробки, вводять до цементного розчину у вигляді емульсії. Вони, як і поліетилен, покращують прокачуваність цементної маси, понижують проникність цементного каменю, під­вищують його еластичність.

Тампонажні композиції на основі полімерів переважно викорис­товують під час проведення ремонтно-ізоляційних робіт у свердло­винах. Прикладом такого матеріалу, який застосовують для від­новлення герметичності обсадних колон і ліквідації заколонних перетоків у свердловинах, може служити гідрофобний тампонаж­ний матеріал ГТМ-3. Він розроблений на основі алкілрезорцино­вої епоксіфенольної смоли (АЕФС) і затверджувача - поліетилен-поліаміна (ПЕПА).

Крім названих, існують тампонажні композиції на основі інших полімерів: фурилового фторполіконденсату, поліефірів, поліепокси-дів, поліамінів, полістиролів, поліетилену, полівінілацетатів (ПВА).

Одним із шляхів використання макромолекулярних з'єднань є створення тверднучих глинистих розчинів (ТГР).

Перетворити глинистий розчин на тампонажний камінь вдається з допомогою полімерів-резитів, які утворюють тримірну структуру, в вічках якої залишається глинистий розчин. Приблизний вміст тампонажних компонентів на базі фенолформальдегідної смоли ТС-10 наводиться в табл. 2.

Таблиця 2 - Рецептури тверднучих глинистих розчинів

У таблиці також наведено складові частини, що входять до 1 м³ ТГР. До складу ТГР для температур 50-90 °С вводять відповідно 0,09-0,23 м³ води.

Тверднучі глинисті розчини мають такі специфічні властивості: — густина приблизно дорівнює густині вихідного глинистого роз­чину, чим забезпечують підйом тампонажного розчину на будь-яку висоту, навіть у разі тенденції до поглинань;

o водовіддача на рівні вихідного глинистого розчину, причому
фільтрат поліконденсується і забезпечує монолітний зв'язок тампо­
нуючої речовини із стінками свердловини;

o час загуснення регулюють співвідношенням компонентів;

o на відміну від портландцементного розчину ТГР має високу седиментаційну стійкість і не піддається контракції;

o тампонажний камінь має високу міцність на згин (5-7 МПа) і низьку водопроникність (менше 10^-6 мкм²).