Slurries with controlled expansion kinetics for cementing of casing strings
Authors: Чернышов Сергей Евгеньевич , Куницких Артем Александрович 
Published: July 2024

На основании ранее проведенных исследований произведен выбор составов расширяющих добавок с регулируемой динамикой расширения. Выполнены исследования влияния расширяющих добавок на величину линейного расширения цементного камня при двух температурных режимах 22°С и 75°С с твердением в водной и воздушной средах. Концентрация расширяющей добавки изменялась в диапазоне 3÷8 % от массы портландцемента. Анализ полученных экспериментальных данных показал: - зависимость расширения от количества добавки прямая; - зависимость расширения от температуры обратная; - величина линейного расширения в воздушной среде ниже, чем в водной. Проведенный анализ результатов опытов показал, что в воздушной среде при 22°С наилучшие результаты получены с расширяющей добавкой состава CaO/Atren Light. При 8 % добавки расширение составило до 4,3 %. В водной среде при 22 °С все составы показали стабильно хорошее расширение, которое достигается при вводе 3...4 % расширяющей добавки. Однако при минимальной вводимой концентрации добавки 3 % наибольшее расширение достигнуто при использовании состава CaO/Atren Light. В водной среде при 75 °С лучшим снова оказался состав CaO/Atren Light, который при концентрации 8 % обеспечивает линейное расширение 5,5 %. Для обеспечения качественного цементирования нефтяных и газовых скважин к применению в качестве расширяющих добавок рекомендуются составы CaO/Atren Light и CaO/КССБ-2М в диапазоне концентрации 3÷8 % в зависимости от скважинных условий. По результатам проведенных исследований разработаны тампонажные составы с регулируемой кинетикой расширения для крепления обсадных колонн нефтедобывающих скважин в условиях нормальных и умеренных температур.

Basing on the previous research, expanding cement additives with controlled kinetics of expansion have been selected. Influence of expanding cement additives on linear expansion of cement sheath has been studied. The tests were performed in air and hydraulic setting conditions at 22°C and 75°C. The concentration of expanding additive was changed from 3 % to 8 % of the Portland cement mass. The carried out tests showed that: - the relationship between expansion and the amount of additive is direct, - the relationship between expansion and the temperature is inverse, and - linear expansion is lower at air setting, vs. setting in water. At air setting with the ambient temperature 22°C, the expanding additive CaO/Atren Light showed the best results. At 8 % concentration, expansion of the cement sheath made 4.3%. In water at 22°C, all additives in 3-4 % concentration showed comparable, rather good, results, however at minimum concentration of 3 % the best performance was demonstrated by CaO/Atren Light expanding additive. Again, the same additive showed the best results at 75°C in water - concentration of 8 % resulted in 5.5 % linear expansion. Based on the results of the carried out tests it is fair to say that expanding cement additives CaO/Atren Light and CaO/SWL(condensed sulfite waste liquor)-2M added in concentrated from 3 % to 8 % to cement slurries can improve quality of cementing of oil and gas wells. Cement slurries with controlled kinetics of expansion for cementing of casing strings of oil wells in conditions of normal and moderate temperatures have been designed.