Ұңғымаларды бекіту сапасына байланысты мәселелер сипатталған. Қабаттарды сапасыз оқшаулаудың негізгі жағымсыз салдарлары көрсетілген. Аталған мәселені шешудің бір жолы – ұңғыма бекітпесінің герметикалығын арттыру және, тиісінше, өнімді және сулы горизонттарды ажырату сапасын жақсарту үшін кеңейетін тампонаждық құрамдарды қолдану болып табылады. Тампонаждық құрамдардың кеңею процестерінің механизмдері қарастырылған. Тампонаждық ерітінділерге арналған кеңейткіш қоспалардың негізгі түрлеріне шолу жасалған. Сызықтық кеңеюдің ең жоғары мәні кальций оксиді мен магний оксиді қоспаларын енгізу арқылы жүзеге асатын оксидтік кеңею механизмі кезінде қамтамасыз етілетіні анықталды.
Оксидтік кеңею тиісті металдардың гидроксидтерінің түзілуімен түсіндіріледі, себебі олардың оксидтері гидратация өнімдеріне қарағанда аз көлемді алады. Оксидтік кеңею түрінің кеңінен қолданылуын шектейтін негізгі мәселе – бастапқы заттардың гидратациясының жоғары жылдамдығы, бұл қозғалмалы цемент қамырында гидроксидтердің түзілуіне әкеліп, цемент тасының кеңеюін болдырмайды. Пластикалық күйдегі, жоғары беріктікке әлі ие болмаған цемент тасында кеңеюді алу мақсатында зерттеулер жүргізіліп, кальций оксидінің гидратация жылдамдығына белгілі бір химиялық реагенттердің әсері анықталды. Тампонаждық ерітінділерге арналған кальций оксиді негізіндегі кеңейткіш қоспалардың оңтайлы компоненттік құрамдары айқындалды.
Негізгі тампонаждық ерітіндінің технологиялық параметрлеріне қойылатын талаптар белгіленді. ПЦТ-I-G-CC-I маркалы портландцемент негізінде кеңейетін тампонаждық құрамға негіз болатын базалық тампонаждық ерітіндінің компоненттік құрамы анықталып, рецептурасы әзірленді. Су ұстау және реологиялық көрсеткіштерді реттеу үшін тампонаждық ерітінді қоспалармен модификацияланды. Су ұстаушы және құрылым түзуші қоспа ретінде гидроксиэтилцеллюлоза, ал көбікті басу үшін силиконды көбіктендіргіш қолдану ұсынылады. Тампонаждық ерітіндінің қозғалғыштығы мен ағымдылығын арттыру үшін поликарбоксилаттық пластификаторды енгізуге рұқсат етіледі. Буферлік сұйықтық ретінде полиакриламидтің 2 % сулы ерітіндісін қолдану ұсынылады.
Жұмыстың ғылыми жаңалығы цемент тасының кеңею жылдамдығы мен шамасының температуралық жағдайларға, кеңейткіш қоспаның концентрациясына және кальций оксидінің гидратация реакциясының ингибиторларына тәуелділігін анықтаудан, тампонаждық ерітінділер мен цемент тасының құрылымдық-реологиялық және механикалық қасиеттерінің олардың құрамына және компоненттердің химиялық табиғатына тәуелділігін белгілеуден, сондай-ақ ұңғымаларды бекіту сапасының буферлік сұйықтық түріне тәуелділігін анықтаудан тұрады.
Аномальды жоғары пласт қысымдары жағдайында кальций оксиді негізіндегі лигносульфонаттармен немесе натрий силикаттарымен біріктірілген кеңейткіш қоспалар тиімді болып табылады, ал аномальды төмен пласт қысымдары жағдайында – феррит пен кальций оксиді негізіндегі қоспалар тиімді, олар кеңейткіш қоспаның 3–8 % концентрациясында цемент тасының сызықтық кеңеюін 0,2–22 % аралығында қамтамасыз етеді.
Ұңғыма бекітпесінің герметикалығы ПЦТ-I-G-CC1 негізіндегі, кеңейткіш қоспалар мен модификациялаушы реагенттерді қамтитын тұрақтандырылған тампонаждық ерітіндіні қолдану арқылы қамтамасыз етіледі, бұл кеңею әсері (8 %-ға дейін), жоғары адгезия (1,8 есеге дейін) және төмен су бергіштік (35 см³/30 мин дейін) есебінен оқшаулау сипаттамаларын арттырады.
Аналитикалық және эксперименттік зерттеулердің қазіргі деңгейі, алынған эксперименттік деректер мен өндірістік сынақ нәтижелерінің қайталанғыштығы жұмыстың практикалық маңыздылығын анықтады:
– кальций оксидінің гидратация реакциясының мерзімдерін реттеу үшін ингибитор-компоненттер анықталды;
– қалыпты және орташа температура жағдайларында ұңғымаларды бекітуге арналған, технологиялық қасиеттері реттелетін кеңейетін тампонаждық құрамдар әзірленді;
– ұңғымаларды бекіту сапасын жақсарту үшін буферлік сұйықтық ретінде полиакриламидтің 2 % сулы ерітіндісі ұсынылды;
– Батыс Қазақстан аймағындағы Өзен, Шағырлы-Шомышты, Амангелді және басқа да кен орындарының 100-ден астам ұңғымасы бойынша АКЦ деректері зерттелді. Алынған нәтижелер цементтеу интервалдарының 60 %-ына дейінінде цемент тасы мен обсадтық колонна арасындағы немесе ұңғыма қабырғасы мен цемент тасы арасындағы, не екі аймақта да сапалы іліністің жоқ екенін көрсетті.
Бұл құбылыстардың себептері күрделі және көптеген факторларға байланысты. Солардың бірі – бағытталған ұңғыма оқпандарын бұрғылау ерітіндісінен және жуу сұйықтығынан бөлініп шыққан қатты фазаның «тілдерінен» сапалы тазалаудың болмауы.
Ұңғыманың көлбеу оқпанын бұрғылау ерітіндісінен және қатты фазаның «тілдерінен» сапалы тазалау үшін буферлік сұйықтықтың динамикалық ығысу кернеуі 15 Па-дан жоғары болуы тиіс. Алайда Батыс Қазақстан кен орындарында тазалаушы буферлік жүйе ретінде қолданылатын техникалық су немесе НТФ-ның сулы ерітінділері жеткілікті ығыстыру қасиеттеріне ие емес. Сондықтан бұл жүйелер мұнай-газ ұңғымаларының көлбеу оқпандарын бұрғылау ерітіндісінен және қатты фазаның «тілдерінен» сапалы тазалау мәселесін шеше алмайды. Осы мақсатта құрылымдалған арнайы буферлік сұйықтық құрамдарын әзірлеу қажет.
Ұңғыма оқпандарын цементтеуге дайындау мәселелерін кешенді түрде шешетін тиімді құрылымдалған буферлік сұйықтықтардың құрамдарын әзірлеу бойынша зерттеулер жүргізілді: тампонаждық және бұрғылау ерітінділерін бөлу, жуғыш сұйықтықты толық ығыстыру, қиын ығыстырылатын қатты фазаның «тілдерін» жою, өткізгіш қабаттардың қабырғаларын кольматациялау. Сонымен қатар, буферлік сұйықтықтарға қойылатын талаптар – дайындаудың қарапайымдылығы, компоненттердің қолжетімділігі және салыстырмалы арзандығы.
Құрылымдалған буферлік сұйықтықтарды әзірлеу үшін 2 % оксиэтилцеллюлоза негізіндегі полимерлік реагенттер, құрылым түзуші қоспа ретінде алюминий сульфаты және кольматант ИККАРБ-75 қолдану ұсынылады. Зерттеулер барысында алюминий сульфаты қоспаларының полимер ерітінділерінің құрылымдық-реологиялық қасиеттеріне әсер ету заңдылықтары анықталды.
Буферлік сұйықтықты дайындау келесі түрде жүргізілді: зертханалық араластырғышта алюминий сульфаты 50–60 °С температурадағы техникалық суда 10 минут бойы толық ерігенше ерітілді. Одан кейін полимерлік реагент енгізіліп, қоспа 15 минут араластырылды. Кейін үздіксіз араластыру кезінде ИККАРБ-75 реагенті қосылды. 5–10 минуттан кейін алынған буферлік сұйықтықтың қасиеттері анықталды.
Цементтеу процесінде өнімді қабаттардың коллекторлық қасиеттерін сақтау үшін буферлік сұйықтықтарға корка түзуші қоспа ретінде ИККАРБ-75 қолданылды. Бұл қоспа ұңғыма қабырғаларында тығыз, өткізбейтін карбонатты қабықша түзіп, сұйықтықтың сүзілмеуін қамтамасыз етеді және цемент тасы мен жақсы ілініседі, сонымен қатар қышқылдық өңдеу кезінде оңай ериді.
Құрылымдалған буферлік сұйықтықты қолдану кезінде оның қажетті көлемі төменгі бөлгіш тығын қолданылған жағдайда тампонаждық ерітінді көлемінің 15 %-ын құрайды. Мысалы, Батыс Қазақстан кен орындарында 2700–3000 м тереңдіктегі ұңғымалар үшін буферлік сұйықтық көлемі 6,0 м³ қабылданады.
Аномальды төмен пласт қысымдары жағдайында тығыздығы 1,1–1,2 г/см³ және жайылуы 21–23 см болатын вермикулит қосылған жеңілдетілген полимерлі тампонаждық қоспаны қолдану ұсынылады. Қалыптасқан тастың иілуге беріктігі 7,2–8,7 МПа құрайды.
Жаңа әзірленген полимерлі тампонаждық қоспа Батыс Қазақстан кен орындарында мұнай-газ ұңғымаларын бекітуге және су ағынын оқшаулауға ұсынылады.
Әзірленген тампонаждық құрамдар мен буферлік сұйықтықтар обсадтық колонналарды цементтеу кезінде қолданылды.