Ім'я файлу: ТС_.doc
Розширення: doc
Розмір: 635кб.
Дата: 06.02.2020
скачати



ОТЧЕТ

к лабораторным работам по курсу:

«ТАМПОНИРОВАНИЕ СКВАЖИН»
Лабораторная работа №1

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА И ИЗМЕРЕНИЕ ЕГО СВОЙСТВ

Цель работи: освоить методику приготовления тампонажного раствора и определения показателей его свойств.

При приготовлении (затворении) образцов цементного раствора необходимо строго придерживаться заданной рецептуры. Для этого следует: отобрать среднюю пробу цементного порошка; точно выдержать заданное водоцементное отношение; тщательно по общепринятой методике перемешать цементный порошок с водой.

Несоблюдение указанных рекомендаций приводит к искажению результатов измерений параметров цементного раствора, т.е. не обеспечивается воспроизводимость результатов при повторных измерениях.

Методика приготовления цементного раствора


Для стандартных испытаний цементные растворы затворяют на пресной питьевой воде. При подборе рецептуры раствора для цементирования конкретной скважины следует применять ту воду, которая будет использована при цементировочных работах (морская, речная или пластовая).

Для каждого вида испытаний берут соответствующее количество цемента. Например, необходимыми и достаточными количествами портландцемента являются: 500 г—для определения растекаемости и сроков схватывания; 800 г—для определения консистенции и срока загустевания; 500 г—для определения плотности цементного раствора; 1600 г—для определения предела прочности цементного камня при изгибе.

Количество воды для затворения раствора рассчитывают, исходя из необходимой массы сухого цемента и заданного водоцементного отношения. Например, поставлена задача определить растекаемость и сроки схватывания определенного вида портландцемента при В/Ц=0,48. На 500 г цемента, потребного для измерения указанных параметров, следует взять воду в количестве 5000,48=240 г.

Если в задании не дано водоцементное отношение, то его величину подбирают до получения растекаемости раствора в пределах 180—220 мм.

Воду взвешивают на весах с точностью до 0,5 г или отмеривают с помощью мерного цилиндра с точностью до 0,5 см3.

П риготовляют (или затворяют) раствор вручную или механическим способом. Затворение вручную производится в сферической чашке с помощью специальной лопатки (рис. 1). Если количество приготовляемого раствора не превышает 1 л, то следует пользоваться чашкой диаметром 300 мм при глубине 100 мм. При 'большом количестве раствора используют чашки диаметром 400 мм и глубиной 100 мм.

Для приготовления раствора отвешенное количество цемента высыпают в чашку, в цементе делают углубление, в которое в один прием вливают отмеренное или отвешенное количество воды. Воду и цемент сначала осторожно перемешивают лопаткой, а после того как вода впитается цементным порошком и весь цемент будет увлажнен, смесь энергично растирают лопаткой, медленно вращая чашку вокруг ее оси. Затворение продолжается в течение 3 мин, считая от момента вливания воды в цемент. При перемешивании необходимо следить за тем, чтобы цемент не распылялся, а вода и раствор не разбрызгивались. В противном случае неизбежны ошибки: цементный раствор не будет иметь заданного водоцементного отношения.

При определении ряда технологических параметров необходимо фиксировать начало приготовления раствора (начало затворения). Оно соответствует моменту вливания воды при ручном затворении или моменту засыпки последней порции цемента в мешалку при механическом перемешивании.

Для стандартных испытаний температура цемента и воды а также температура помещения при приготовлении цементного раствора должна быть 22±2°С. Поэтому тампонажные цементы и воду для затворения следует выдерживать в помещении при такой температуре не менее 6 ч.

Методика измерения растекаемости


Р астекаемость — это условная мера подвижности или прокачиваемости свежеприготовленного раствора. Ее измеряют с помощью прибора, называемого конусом АзНИИ (рис. 2). Прибор состоит из усеченного конуса, имеющего размеры: внутренний диаметр верхнего основания 36±0,5 мм, нижнего 64±0,5 мм, высота 60 ± 0,5 |mm, объем 120 см3. Конус устанавливают в центр шкалы, на которой нанесены концентрические окружности и обозначены их диаметры (в см). Двумя регулировочными винтами шкалу устанавливают в горизонтальное положение, для чего в центре шкалы вмонтирован уровень. Масса конуса должна составлять не менее 300 г для предотвращения преждевременного самопроизвольного поднятия, и отрыва его от шкалы при заполнении цементным раствором. Внутренняя поверхность конуса отполирована.

Для определения растекаемости используются следующие материалы и аппаратура: испытуемый цемент; жидкость затворения; конус АзНИИ; чашка с лопаткой для приготовления раствора; весы торговые чашечные с разновесом; цилиндр стеклянный мерный емкостью 250 см3 секундомер или часы песочные на 3 мин.

Для определения растекаемости достаточно приготовить 250см3 цементного раствора. После 3-минутного перемешивания приготовленный раствор наливают в конус вровень с верхним торцом. Затем конус без промедлений плавно поднимают вверх. Цементный раствор растекается по стеклу, покрывающему шкалу. С помощью концентрических окружностей шкалы и нанесенной на ней градуировки снимают четыре отсчета. По ним с точностью до 0,5см вычисляют средний диаметр круга расплыва, который и характеризует растекаемость раствора. Для получения воспроизводимых результатов необходимо, чтобы внутренняя поверхность конуса и стеклю перед измерением были чистыми и сухими. Конус после заполнения раствором должен быть моментально поднят.

Цементный раствор считают достаточно подвижным, если его растекаемость равна не менее 18 см. Растекаемость зависит от тонкости помола цемента. Увеличить ее можно повышением водоцементного отношения или введением в раствор реагента-понизителя вязкости (пластификатора).

Результаты измерений заносят в таблицу.

И змерение сроков схватывания цементного раствора

При проведении цементировочных работ необходимо знать срок, в течение которого цементный раствор в условиях данной скважины сохраняет подвижность (прокачиваемость), а также срок, необходимый для превращения раствора в камень. Эти сроки называют соответственно началом и концом схватывания и определяют с помощью прибора Вика путем периодического измерения глубины погружения в образец твердеющего раствора иглы стандартного размера под действием постоянной нагрузки.

Используемое оборудование

Прибор Вика (рис. 3) состоит из металлического стержня 1, свободно перемещающегося в вертикальной обойме станины 2. Для закрепления стержня на требуемой высоте служит зажимной винт или специальный стопор 3. В нижнюю часть стержня .1 ввинчивается стальная игла 4 диаметром 1,1 мм и длиной 50 мм. Масса стержня должна быть равна 300±2 г. На станине укреплена шкала 6 с делениями от 0 до 40 мм. Коническое кольцо/для цементного раствора имеет размеры: внутренний диаметр верхнего основания —65±5 мм, нижнего—75±5 мм, высота—40,0,5 мм. Под кольцо подкладывается пластинка.

Для выполнения этой работы используются следующие материалы и аппаратура: испытуемый цемент; жидкость затворения;

прибор Вика; кольцо для раствора; часы; сферическая чашка с лопаткой или механическая мешалка для приготовления цементного раствора; масло машинное; консистентная смазка; секундомер или песочные часы на 3 мин; весы технические или торговые с разновесом; мерный цилиндр вместимостью 250 см3; линейка металлическая или деревянная; ванна с гидравлическим затвором и нагревателем (электронагреватель или газовая горелка); термометр.

Методика выполнения лабораторной работы


Раствор заливают в кольцо с некоторым избытком. Избыток сразу же срезают линейкой и кольцо накрывают металлической или стеклянной пластинкой, смазанной маслом. Пластинку прижимают к кольцу специальным приспособлением. Кольцо, закрытое пластинкой, немедленно погружают в водный термостат с заданной температурой (30—90 °С). Первое погружение иглы в образец производят через 1 ч после затворения, последующие — через каждые 5 мин до окончания испытания. При определении сроков схватывания при комнатной температуре иглу погружают в образец через каждые 15 мин.

При испытании быстросхватывающихся смесей, применяемых для изоляции зон поглощения промывочной жидкости, иглу следует погружать через каждые 5 мин, начиная с момента затворения. Перед каждым погружением в воду кольцо с цементным раствором снова накрывают пластинкой, имеряют температуру воды и результат записывают. При температуре испытания менее 40°С заданная температура должна поддерживаться с точностью ±2°С, при температурах 40—90 °С—с точностью ±3°С.

Перед погружением иглу следует установить вровень с поверхностью образца раствора и закрепить стержень. Отпускают зажим и дают игле возможность свободно погружаться в раствор; После каждого погружения иглу следует вытирать, а кольцо смещать, чтобы игла погружалась каждый раз в новое место. Во время опыта нужно оберегать кольцо с раствором от толчков и сотрясений, а иглу от искривления при возможных ударах ее о донную пластинку, пока образец не начал схватываться.

Началом схватывания цементного раствора (теста) считают время, прошедшее от начала затворения до момента, когда игла не доходит до подставки на 1—2 мм, концом схватывания — время от начала затворения до момента, когда игла погружается в тесто на глубину от 1 до 3 мм.
Таблица - Результаты измерения показателей

Показатели свойств

Бригады

I
II
III

В/Ц
0,7
0,5
0,3

Растекаемость
7
7
7

начал.
7
2
1

конец
15
8
6



ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2


КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ТАМПОНАЖНОГО КАМНЯ

1. Цель работы: освоить методику контроля качества тампонажного камня на образцах правильной формы.

2. Общие сведения

Предел прочности тампонажного камня на одноосное сжатие является одним из основных прочностных параметров. Прочностная характеристика тампонажного камня определяет способность сопротивляться внешним разрушающим нагрузкам.

Прочность тампонажного камня должна быть соизмерима с прочностью горной породы. По шкале проф. М.М. Протодъяконова все горные породы по степени крепости делятся на 10 категорий. Первая категория соответствует наивысшей степени крепости (наиболее плотные, крепкие и вязкие базальты, кварцы и другие породы). Десятая категория – наиболее слабые плывучие породы. Первая категория имеет коэффициент крепости 20, десятая – 0,3. Все породы, имеющие предел прочности на сжатие 200 МПа и более, относят к I-й категории, а породы, имеющие предел прочности менее 3 МПа – к 10-й категории.

Коэффициент крепости определяется по формуле



где - предел прочности тампонажного камня на одноосное сжатие, Па.

Прочность тампонажного камня определяется прочностью как цемента (матрицы), так и заполнителя.

Предел прочности тампонажного камня на одноосное сжатие определяется на образцах правильной формы по ГОСТу 211530-75. Для испытаний изготавливается образцы цилиндрической формы с отношением h=d или кубической формы со стороной равной 50 мм.

Отклонение этих величин допускается в пределах .

Не менее важное значение имеет коэффициент вариации, который должен находиться в пределах 30%. Он характеризует неоднородность пород. Если коэффициент вариации более 30%, необходимо увеличить количество испытаний.

Среднее значение предела прочности на одноосное сжатие находят по формуле:



где n – число испытаний образцов;

- предел прочности образца;

- максимальная сжимающая сила, при которой произошло разрушение образца;

- площадь поперечного сечения образца.

Максимальная сжимающая сила находится по формуле

Н

где - показание стрелки манометра в момент разрушения умноженную на цену деления;

F – площадь поршня пресса.

Среднее квадратичное отклонение от среднего находят

Па2

Стандартная ошибка определения среднего значения предела прочности на одноосное сжатие определяется по формуле:



Все эти расчеты необходимы для вычисления величины коэффициента вариации, который показывает в процентах меру рассеивания частных результатов испытаний вокруг среднего.

К
оэффициент вариации определяется по формуле

Порядок выполнения работы

а) Определяют цену деления манометров.

б) Получив образцы у лаборанта, устанавливают один из них между двумя пластинами в центре опорной плиты в коробке (рис.1).





Рис.1. Схема установки образца:

1. Верхняя плитка пресса.

2. Металлический шарик.

3. Металлическая болванка.

4.Верхняя металлическая пластина для равномерного распределения нагрузки на образец.

5. Образец горной породы.

6. Металлическая коробка для сбора разрушенной породы.

7. Нижняя металлическая пластина.

8. Нижняя опорная плита пресса.
в) Закрывают масляный краник цилиндра пресса, рычагом насоса повышают давление в пределах (5,0-10,0) Па/с. Выбранную скорость нагружения сохраняют до разрушения образца. В момент разрушения образца фиксируют максимальное давление по стрелке манометра пресса .

г) Определяют вертикальную сжимающую силу, Р в Н.

д) Все результаты опытов обрабатывают и заносят в таблицу.

е) По таблице проф. Протодъяконова определяют: коэффициент крепости породы и дают краткую ее характеристику.

Таблица 1

Результаты замеренных и расчетных величин




№ п/п
Размеры образцов, см
Площадь поперечного сечения, см2
Показатель манометра, кг/см2
Вертикальная сжимающая сила, Р, Н
Предел прочности на сжатие,

Коэффициент крепости, f
Отклонение от среднего значения

Среднее квадратичное отклонение
Стандартное отклонение
Коэффициент вариации V, %

 


1
5х5
25
38,0
30552,0
12,2
12,7
1,3
0,5
0,2
1,3
10,6

2
43,0
34572,0
13,8
-1,2
1,3

3
43,0
34572,0
13,8
-1,2
1,3

4
33,0
26532,0
10,6
2,1
4,2

5
40,0
32160,0
12,9
-0,2
0,0


Лабораторная работа №3

РАСЧЕТ ОДНОСТУПЕНЧАТОГО ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ ДВУХ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ ПРОБОК

З адание: Выполнить расчет одноступенчатого цементирования обсадной колонны при следующих исходных данных:

  1. Глубина скважины, L, м.

  2. Номинальный диаметр скважины (диаметр долота), D, м;

  3. Диаметр обсадной колонны, d, мм.

  4. Высота подъема цементного раствора в затрубном пространстве, Н, м.

  5. Высота цементного стакана, h, м.

  6. Плотность цемента, ц = 3,15 г/см3.

  7. Водоцементное отношение, m.

  8. Плотность промывочной жидкость, ж, г/см3.

  9. Плотность продавочной жидкости, п, г/см3.

Одноступенчатое цементирование. В обсадную колонну закладывают нижнюю цементировочную пробку 2, которая снабжена манжетами с продольными отверстиями, закрытыми стеклянными пробками. Последние предназначены для отделения цементного раствора от промывочной жидкости. Затем на колонну навинчивают цементировочную головку 1 (рис. 7.1, а) и начинают закачивать цементный раствор в колонну в количестве, необходимом для подъема на требуемую высоту в затрубном пространстве и оставления небольшого количества в колонне (цементный стакан). По окончании закачки цементного раствора в колонну спускают верхнюю цементировочную пробку 4,не имеющую отверстий, и за ней закачивают потребный объем продавочной жидкости (рис. 7.1, б).

Когда нижняя пробка доходит до упорного кольца 3, она останавливается. Над нижней пробкой повышается давление стекло в ней разбивается, и цементный раствор 5 вытекает в затрубное пространство (рис. 7.1,в). После закачки необходимо­го объема продавочной жидкости и посадки верхней цементировочной пробки на нижнюю краны цементировочной головки закрывают и процесс цементирования заканчивается (рис. 7.1, г).

Расчет цементирования заключается в определении следующих величин:

  1. количества цемента и воды для приготовления требуемого объема цементного раствора;

  2. объема продавочной жидкости для подъема цементного раствора на заданную высоту в затрубном пространстве;

  3. максимального давления в конце продавки;

  4. типа и количества цементировочных агрегатов и цементосмесительных машин;

  5. время закачки и продавки цементного раствора.


Последовательность расчета.

1. Определяем необходимое количество цементного раствора

(7.1)

где К - коэффициент, учитывающий каверны, К=1,21,35; dв - внутренний диаметр обсадных труб, м; h=5-10 м - высота цементной пробки в колонне.

2. Определяем плотность цементного раствора

(7.2)

где m - водоцементный фактор, m=0,40,5; в - плотность воды, в=1,0 т/м3.

3. Определяем количество сухого цемента на 1 м3 цементного раствора

(7.3)

4. Общее количество цемента

Qц=qVц.р., т, (7.4)

где  - коэффициент, учитывающий потери цемента при затворении, =1,11,15.

5. Потребное количество воды

Vв=Qцm, м3. (7.5)

6. Количество продавочной жидкости

(7.6)

где Ксж - коэффициент, учитывающий сжатие жидкости; для глинистого раствора Ксж=1,05, для воды - Ксж=1,0.

7. Определяем давление на головке колонны в момент схождения пробок

Р=Р1+Р2, (7.7)

где Р1 - давление на преодоление разности плотности жидкости в трубах и за трубами, МПа; Р2 - гидростатическое сопротивление в конце промывки скважины, МПа.

Р1=0,1(H-h)(ц.р..-п.р.), (7.8)

где п.р. - плотность продавочной жидкости, т/м3.

Р2=0,01L+8, (7.9)

где L - глубина скважины, м (в данном случае L=H).

По значению давления выбираем марку цементировочного агрегата.

8. Определяем необходимое количество цементировочных агрегатов:

- суммарная производительность при продавке цементного раствора

(7.10)

где V3 - скорость восходящего потока цементного раствора в затрубном пространстве, V=1,5 м/с.

Тогда необходимое количество цементировочных агрегатов

(7.11)

где qн - производительность одного агрегата на высшей скорости.

9. Определяем время цементирования

T=t1+t2+t3, (7.12)

где t1 - время закачивания цементного раствора,

(7.13)

где t2 - время продавки,

(7.14)

где t3 - время установки верхней пробки,

t3=1015 мин.

ПРОВЕРКА:

Т0,75tскв, (7.15)

где tскв - время начала схватывания цементного раствора.

Исходные данные

На стадии разведки месторождения на одной из его частей планируется пробурить п скважин средней глубиной L=300 м. Схеме конструкций скважин приведена на рис.1.



Рис.2. Конструкция скважины

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ


№ варианта
Диаметр бурения под направление А1, мм
Наружный

диаметр направления А, мм
Диаметр бурения под кондуктор Б1, мм
Наружный

диаметр кондуктора Б, мм
Конечный диаметр бурения В, мм

1
151
146
132
127
93

2
132
127
112
108
76

3
112
108
93
89
76

4
93
89
76
73
59

5
151
127
112
108
93

6
132
108
93
89
76

7
112
89
76
73
76

8
93
73
59
57
46

9
151
146
112
108
93

10
132
127
93
89
76

11
112
108
76
73
76

12
93
89
59
57
46

13
151
127
132
127
93

14
132
108
112
108
76

15
112
89
93
89
76

16
93
73
76
73
59

17
151
146
132
127
93

18
132
127
112
108
76

19
112
108
93
89
76

20
93
89
76
73
59

21
151
127
112
108
93

22
132
108
93
89
76

23
112
89
76
73
76

24
93
73
59
57
46

25
151
146
112
108
93

26
132
127
93
89
76

27
112
108
76
73
76

28
93
73
59
57
46

29
151
146
112
108
93

30
132
127
112
89
76

31
112
108
93
73
76

скачати

© Усі права захищені
написати до нас