ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.12.2023
Просмотров: 100
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
Технологические функции бурового раствора
Основные свойства дисперсных систем
Химические реагенты для обработки буровых растворов
Выбор типа бурового раствора для бурения скважин
Утяжелители для тампонажных растворов
Тампонажные материалы для цементирования скважин
Материалы для приготовления тампонажных растворов
Утяжелители для тампонажных растворов
Реагенты для регулирования свойств тампонажных растворов
Требования к тампонажным материалам для цементирования скважин
цемента не может отвечать всем требованиям, связанным с разнообразием условий даже в одной скважине.
Для осуществления процесса цементирования с наибольшим вытеснением бурового раствора тампонажным следует выполнить ряд специальных мероприятий. Такие мероприятия могут и не обеспечить полного вытеснения бурового раствора тампонажным, однако в интервалах обязательного заполнения тампонажным раствором этого добиться можно. Необходимо обеспечить контактирование тампонажного раствора со стенкой скважины и обсадной колонной. Применение комплекса технологических мероприятий с расхаживанием обсадных колонн при использовании скребков и других приспособлений изменит условия формирования тампонажного раствора.
Качественное цементирование скважин следует планировать на стадии бурения, обеспечивая форму ствола, приближающуюся по конфигурации к цилиндру.
Подвижность тампонажного раствора. Наиболее важное свойство тампонажного раствора — его подвижность, т.е. способность легко прокачиваться по трубам в течение необходимого для проведения процесса цементирования времени. Подвижность (растекаемость) раствора устанавливается при помощи конуса АзНИИ. Это свойство тампонажных материалов определяется природой вяжущего, тонкостью помола, водоцементным отношением, количеством, степенью загрязненности и удельной поверхностью наполнителя, добавок, а также условиями, в которых раствор пребывает в течение процесса цементирования, временем и способом перемешивания раствора. Требуемая подвижность раствора обусловлена техникой и технологией проведения тампонажных работ и может быть изменена в желаемую сторону.
Метод определения подвижности позволяет быстро подбирать количество воды при соответствующем составе смеси. Полученные при этом результаты могут рассматриваться как ориентировочные. Для глубоких скважин с малыми зазорами растекаемость тампонажных растворов рекомендуется повышать до 22 см. Раствор считается соответствующим ГОСТ 1581—91, если диаметр круга расплывшегося раствора не менее 180 мм при водоцементном отношении 0,5.
Плотность тампонажного раствора — одна из важнейших его характеристик. В процессе цементирования скважины плотность - практически пока единственный критерий для оценки качества тампонажного раствора.
Колебания плотности тампонажного раствора при цементировании указывает на изменения его водоцементного отношения. Такие колебания считаются нарушением технологического режима процесса и могут привести к осложнениям, в частности, к повышению давления при цементировании. Особенно трудно на практике придерживаться заданной рецептуры при затворении цементных смесей, дающих облегченные тампонажные растворы. Уменьшение плотности — это увеличение водоцементного отношения, что приводит к ухудшению свойств камня.
Учитывая, что водоцементное отношение определяет и другие физико-механические свойства, необходимо строго контролировать изменение плотности тампонажного раствора при цементировании и не допускать отклонений от заданной величины. Процесс цементирования проходит обычно нормально, если колебания плотности не превышают 0,02 г/см3.
Сроки схватывания тампонажных растворов. Пригодность тампонажного раствора для транспортирования в заколонное пространство скважины оценивается сроками схватывания. Для определения этих сроков при температурах 22 и 75 °С применяют прибор, называемый иглой Вика.
Началом схватывания считается время от момента затворения цемента водой до момента, когда игла, погружаясь в раствор, не доходит до нижней пластины на 0,5—1,0 мм, а концом схватывания — время от момента затворения цемента водой до момента, когда игла, погружаясь в раствор, проникает в него не более, чем на 1 мм.
Для определения сроков схватывания тампонажных растворов при высоких температурах и давлениях применяют специальный прибор - автоклав, рассчитанный на рабочее давление до 100 МПа и высокую температуру.
Сроки схватывания тампонажных растворов подбирают исходя из конкретных условий.
Консистенция тампонажного раствора. Для цементирования глубоких высокотемпературных скважин кроме сроков схватывания в статических условиях необходимо устанавливать изменение загустевания (консистенции) тампонажных растворов во времени в процессе их перемешивания.
Цементное тесто - это смесь цемента и воды. Цемент перед началом испытания просеивают через сито с ячейкой 80 мкм.
Водно-цементное отношение (т.е. В/Ц) - это отношение объёма воды и веса цемента.
Тесто готовят вручную внутри сферической чаши 3 минуты или в специальных мешалках в течении 5-ти мин.
Требования к тампонажным камням
Степень требований к предъявляемым параметрам находится в зависимости от целей тампонирования.
У тампонажного камня измеряют следующие характеристики:
Материалы для приготовления тампонажных смесей
В качестве вяжущих материалов в практике тампонажных работ наиболее часто применяют цементы, гипс, известь, синтетические смолы.
Портландцемент представляет собой порошкообразный вяжущий материал, в состав которого входят высокоосновные силикаты кальция, оксиды глинозема, железа и другие примеси. Содержание основных оксидов в портландцементе колеблется в следующих пределах: 60-66% оксида кальция, 18-25% кремнезема, 4-8% глинозема, 0,5-5% оксида железа, 0,1-5% оксида магния. Свойства портландцемента могут меняться в зависимости от состава клинкера. Портландцемент имеет плотность 3,1-3,15 г/см
3, насыпную массу -900-1100 кг/м3 и удельную поверхность — 250-400 м2/кг.
Глиноземистый цемент - быстротвердеющее вяжущее вещество, в составе которого преобладают низкоосновные алюминаты кальция. Глиноземистый цемент получают обжигом до спекания или плавления сырьевой смеси, состоящей из известняка и бокситов, с последующим размолом. В состав цемента входят: глинозем - 40%, окись кальция - 40%, окись кремния - 10% и оксиды железа - 9%. Цементный камень из глиноземистого цемента характеризуется большой прочностью и водонепроницаемостью по сравнению с портландцементом. Он имеет меньшие сроки схватывания, чем портландцемент, но более дорогой.
Гипс представляет собой полугидрат CaSO4*5H2O и отличается от строительного гипса способом производства и более высокой прочностью. Плотность гипса 2,5-2,75 г/см3. Гипс - быстросхватывающее вещество, используется в основном для приготовления быстросхватывающихся смесей (БСС).
Известь получают из мергелистых известняков путем их обжига при 900°С, с последующим их помолом. Плотность извести колеблется от 1.8 до 2,6 г/см3. Она применяется в специальных тампонажных смесях и замедляет сроки их схватывания.
Глина может использоваться при тампонировании скважин в качестве самостоятельного материала. Кроме того, известь выполняет функции структурообразователя и активной минеральной добавки к цементным и известняковым растворам.
Смолы представляют собой высокомолекулярные органические соединения (полимеры). Они используются для борьбы с поглощениями. Применяются следующие составы смол:
Карбамидные смолы: мочевиноформальдегидные (МФ-17, МФ-60, М- 270, М-19-62, КС-68 «Б», М-3), меламиномочевиноформальдегидные (ММФ-50), мочевиноформальдегиднофурфуроловые (МФФ-М), карбомидформальдегидные (КФ-Ж). Они представляют собою жидкости от белого до темно-коричневого цвета, плотностью 1,17-1,5 г/см3. Прочность камня довольно высокая: при сжатии - 250 МПа, при изгибе - до 120 МПа.
В качестве отвердителя этих смол используют соли и кислоты: щавелевую, реже лимонную, соляную, фосфорную, а из солей: хлорное железо, хлорный цинк, хлористый аммоний.
Наиболее широко в качестве отвердителя применяются соляная и щавелевая кислоты и виде водного раствора. Общее содержание воды в рабочем растворе смолы не должно превышать 50.% В целях безопасности соляная кислота применяется в виде 10%-ного раствора, а щавелевую кислоту можно добавлять в порошкообразном виде.
Латекс применяется в разведочном бурении в основном для ликвидации поглощений промывочной жидкости. Это молочно-белая жидкость, плотностью 0.96% - 0,97% г/см, с содержанием воды до 56% и каучука до 37%. На поверхности частиц каучука расположен адсорбционный слой ПАВ (белков, жирных кислот), выполняющий роль стабилизатора эмульсии каучука в воде.
Применение латекса обусловливается его способностью к коагуляции при смешивании с водным раствором солей поливалентных металлов Сa+2, Fe+3, Мg+2, в результате чего образуется эластичная каучуковая масса, способная закупоривать каналы и полости. В качестве основного коагулянта латекса используется 3%-ный раствор CaCl2, концентрацией которого в составе латекса регулируется скорость его коагуляции. Для регулирования свойств тампонажных смесей применяют ускорители схватывания CaCl2:, KCI, NaCl, Na2O* nSiO2, гипс, замедлители схватывания: ССБ, КССБ, ПФЛХ, и др; понизители водоотдачи и стабилизаторы: глина, акриловые полимеры, эмульсии латексов и т.п. вещества.
Составы и свойства тампонажных смесей выбираются в зависимости от их назначения, в соответствии с которыми должны предъявляться требования к выбранной тампонажной смеси и получающемуся при твердении тампонажному камню.
Для цементирования обсадных колонн и разобщения проницаемых пластов, основными требованиями являются: подвижность тампонажного раствора, хорошее вытеснение из ствола скважины и из затрубного пространства промывочной жидкости и подъем на необходимую высоту, высокая прочность и низкая проницаемость тампонажного камня, его хорошая адгезия с поверхностью обсадных труб.
При создании мостов, разделительных пробок и искусственных забоев, важнейшими требованиями являются прочность тампонажного камня и высокая скорость твердения.
При выполнении тампонажных работ с целью устранения поглощения промывочной жидкости, тампонажные смеси должны отвечать следующим требованиям: достаточное проникновение в поглощающие каналы и трещины, устойчивость к агрессии подземных вод, достаточно высокая скорость потери подвижности - схватывание; хорошая адгезия с горными породами.
Причины и методы предупреждения поглощений
Поглощение промывочной жидкости является наиболее распространенным осложнением в процессе бурения скважин.
Поглощением называется гидродинамическое взаимодействие в системе скважина - пласт, сопровождающиеся поступлением бурового или тампонажного
Для осуществления процесса цементирования с наибольшим вытеснением бурового раствора тампонажным следует выполнить ряд специальных мероприятий. Такие мероприятия могут и не обеспечить полного вытеснения бурового раствора тампонажным, однако в интервалах обязательного заполнения тампонажным раствором этого добиться можно. Необходимо обеспечить контактирование тампонажного раствора со стенкой скважины и обсадной колонной. Применение комплекса технологических мероприятий с расхаживанием обсадных колонн при использовании скребков и других приспособлений изменит условия формирования тампонажного раствора.
Качественное цементирование скважин следует планировать на стадии бурения, обеспечивая форму ствола, приближающуюся по конфигурации к цилиндру.
Подвижность тампонажного раствора. Наиболее важное свойство тампонажного раствора — его подвижность, т.е. способность легко прокачиваться по трубам в течение необходимого для проведения процесса цементирования времени. Подвижность (растекаемость) раствора устанавливается при помощи конуса АзНИИ. Это свойство тампонажных материалов определяется природой вяжущего, тонкостью помола, водоцементным отношением, количеством, степенью загрязненности и удельной поверхностью наполнителя, добавок, а также условиями, в которых раствор пребывает в течение процесса цементирования, временем и способом перемешивания раствора. Требуемая подвижность раствора обусловлена техникой и технологией проведения тампонажных работ и может быть изменена в желаемую сторону.
Метод определения подвижности позволяет быстро подбирать количество воды при соответствующем составе смеси. Полученные при этом результаты могут рассматриваться как ориентировочные. Для глубоких скважин с малыми зазорами растекаемость тампонажных растворов рекомендуется повышать до 22 см. Раствор считается соответствующим ГОСТ 1581—91, если диаметр круга расплывшегося раствора не менее 180 мм при водоцементном отношении 0,5.
Плотность тампонажного раствора — одна из важнейших его характеристик. В процессе цементирования скважины плотность - практически пока единственный критерий для оценки качества тампонажного раствора.
Колебания плотности тампонажного раствора при цементировании указывает на изменения его водоцементного отношения. Такие колебания считаются нарушением технологического режима процесса и могут привести к осложнениям, в частности, к повышению давления при цементировании. Особенно трудно на практике придерживаться заданной рецептуры при затворении цементных смесей, дающих облегченные тампонажные растворы. Уменьшение плотности — это увеличение водоцементного отношения, что приводит к ухудшению свойств камня.
Учитывая, что водоцементное отношение определяет и другие физико-механические свойства, необходимо строго контролировать изменение плотности тампонажного раствора при цементировании и не допускать отклонений от заданной величины. Процесс цементирования проходит обычно нормально, если колебания плотности не превышают 0,02 г/см3.
Сроки схватывания тампонажных растворов. Пригодность тампонажного раствора для транспортирования в заколонное пространство скважины оценивается сроками схватывания. Для определения этих сроков при температурах 22 и 75 °С применяют прибор, называемый иглой Вика.
Началом схватывания считается время от момента затворения цемента водой до момента, когда игла, погружаясь в раствор, не доходит до нижней пластины на 0,5—1,0 мм, а концом схватывания — время от момента затворения цемента водой до момента, когда игла, погружаясь в раствор, проникает в него не более, чем на 1 мм.
Для определения сроков схватывания тампонажных растворов при высоких температурах и давлениях применяют специальный прибор - автоклав, рассчитанный на рабочее давление до 100 МПа и высокую температуру.
Сроки схватывания тампонажных растворов подбирают исходя из конкретных условий.
Консистенция тампонажного раствора. Для цементирования глубоких высокотемпературных скважин кроме сроков схватывания в статических условиях необходимо устанавливать изменение загустевания (консистенции) тампонажных растворов во времени в процессе их перемешивания.
Основные технологические параметры ТР
Цементное тесто - это смесь цемента и воды. Цемент перед началом испытания просеивают через сито с ячейкой 80 мкм.
Водно-цементное отношение (т.е. В/Ц) - это отношение объёма воды и веса цемента.
Тесто готовят вручную внутри сферической чаши 3 минуты или в специальных мешалках в течении 5-ти мин.
-
Растекаемость, см – понятие, определяющее текучесть (подвижность) цементных растворов. -
Плотность, г/см3 – понятие, определяющее отношение массы цементных растворов к их объёму. -
Фильтрация (водоотдача), см3 за 30 минут – понятие, определяющее объём жидкости затворения, который отфильтрован за 30 минут в процессе пропускания цементного раствора сквозь бумажный фильтр с ограниченной площадью под давлением в 1 атмосферу. -
Седиментационная устойчивость цементных растворов – определяется водоотделением, другими словами, максимальным количеством вод, способных выделиться из цементных растворов при процессе седиментации. -
Время загустевания (час: мин, начало-конец) – это время до потери текучести. -
Срок схватывания (час: мин, начало-конец) – служит для определения времени перехода цементных растворов в твёрдое состояние (в цементный камень).
Требования к тампонажным камням
-
Достаточный уровень механической прочности. -
Непроницаемость для пластовых вод, бурового раствора, газа. -
Стойкость относительно коррозионного воздействия пластовой воды. -
Температурная стойкость. -
Гарантия сохранение объёма при упрочнении и твердении. -
Минимальная экзотермия.
Степень требований к предъявляемым параметрам находится в зависимости от целей тампонирования.
У тампонажного камня измеряют следующие характеристики:
-
прочность на сжатие и изгиб; -
коррозионные свойства; -
проницаемость; -
объёмные изменения при процессе твердения.
Материалы для приготовления тампонажных смесей
В качестве вяжущих материалов в практике тампонажных работ наиболее часто применяют цементы, гипс, известь, синтетические смолы.
Портландцемент представляет собой порошкообразный вяжущий материал, в состав которого входят высокоосновные силикаты кальция, оксиды глинозема, железа и другие примеси. Содержание основных оксидов в портландцементе колеблется в следующих пределах: 60-66% оксида кальция, 18-25% кремнезема, 4-8% глинозема, 0,5-5% оксида железа, 0,1-5% оксида магния. Свойства портландцемента могут меняться в зависимости от состава клинкера. Портландцемент имеет плотность 3,1-3,15 г/см
3, насыпную массу -900-1100 кг/м3 и удельную поверхность — 250-400 м2/кг.
Глиноземистый цемент - быстротвердеющее вяжущее вещество, в составе которого преобладают низкоосновные алюминаты кальция. Глиноземистый цемент получают обжигом до спекания или плавления сырьевой смеси, состоящей из известняка и бокситов, с последующим размолом. В состав цемента входят: глинозем - 40%, окись кальция - 40%, окись кремния - 10% и оксиды железа - 9%. Цементный камень из глиноземистого цемента характеризуется большой прочностью и водонепроницаемостью по сравнению с портландцементом. Он имеет меньшие сроки схватывания, чем портландцемент, но более дорогой.
Гипс представляет собой полугидрат CaSO4*5H2O и отличается от строительного гипса способом производства и более высокой прочностью. Плотность гипса 2,5-2,75 г/см3. Гипс - быстросхватывающее вещество, используется в основном для приготовления быстросхватывающихся смесей (БСС).
Известь получают из мергелистых известняков путем их обжига при 900°С, с последующим их помолом. Плотность извести колеблется от 1.8 до 2,6 г/см3. Она применяется в специальных тампонажных смесях и замедляет сроки их схватывания.
Глина может использоваться при тампонировании скважин в качестве самостоятельного материала. Кроме того, известь выполняет функции структурообразователя и активной минеральной добавки к цементным и известняковым растворам.
Смолы представляют собой высокомолекулярные органические соединения (полимеры). Они используются для борьбы с поглощениями. Применяются следующие составы смол:
Карбамидные смолы: мочевиноформальдегидные (МФ-17, МФ-60, М- 270, М-19-62, КС-68 «Б», М-3), меламиномочевиноформальдегидные (ММФ-50), мочевиноформальдегиднофурфуроловые (МФФ-М), карбомидформальдегидные (КФ-Ж). Они представляют собою жидкости от белого до темно-коричневого цвета, плотностью 1,17-1,5 г/см3. Прочность камня довольно высокая: при сжатии - 250 МПа, при изгибе - до 120 МПа.
В качестве отвердителя этих смол используют соли и кислоты: щавелевую, реже лимонную, соляную, фосфорную, а из солей: хлорное железо, хлорный цинк, хлористый аммоний.
Наиболее широко в качестве отвердителя применяются соляная и щавелевая кислоты и виде водного раствора. Общее содержание воды в рабочем растворе смолы не должно превышать 50.% В целях безопасности соляная кислота применяется в виде 10%-ного раствора, а щавелевую кислоту можно добавлять в порошкообразном виде.
Латекс применяется в разведочном бурении в основном для ликвидации поглощений промывочной жидкости. Это молочно-белая жидкость, плотностью 0.96% - 0,97% г/см, с содержанием воды до 56% и каучука до 37%. На поверхности частиц каучука расположен адсорбционный слой ПАВ (белков, жирных кислот), выполняющий роль стабилизатора эмульсии каучука в воде.
Применение латекса обусловливается его способностью к коагуляции при смешивании с водным раствором солей поливалентных металлов Сa+2, Fe+3, Мg+2, в результате чего образуется эластичная каучуковая масса, способная закупоривать каналы и полости. В качестве основного коагулянта латекса используется 3%-ный раствор CaCl2, концентрацией которого в составе латекса регулируется скорость его коагуляции. Для регулирования свойств тампонажных смесей применяют ускорители схватывания CaCl2:, KCI, NaCl, Na2O* nSiO2, гипс, замедлители схватывания: ССБ, КССБ, ПФЛХ, и др; понизители водоотдачи и стабилизаторы: глина, акриловые полимеры, эмульсии латексов и т.п. вещества.
Составы и свойства тампонажных смесей выбираются в зависимости от их назначения, в соответствии с которыми должны предъявляться требования к выбранной тампонажной смеси и получающемуся при твердении тампонажному камню.
Для цементирования обсадных колонн и разобщения проницаемых пластов, основными требованиями являются: подвижность тампонажного раствора, хорошее вытеснение из ствола скважины и из затрубного пространства промывочной жидкости и подъем на необходимую высоту, высокая прочность и низкая проницаемость тампонажного камня, его хорошая адгезия с поверхностью обсадных труб.
При создании мостов, разделительных пробок и искусственных забоев, важнейшими требованиями являются прочность тампонажного камня и высокая скорость твердения.
При выполнении тампонажных работ с целью устранения поглощения промывочной жидкости, тампонажные смеси должны отвечать следующим требованиям: достаточное проникновение в поглощающие каналы и трещины, устойчивость к агрессии подземных вод, достаточно высокая скорость потери подвижности - схватывание; хорошая адгезия с горными породами.
Причины и методы предупреждения поглощений
Поглощение промывочной жидкости является наиболее распространенным осложнением в процессе бурения скважин.
Поглощением называется гидродинамическое взаимодействие в системе скважина - пласт, сопровождающиеся поступлением бурового или тампонажного