Недержавне приватне освітній заклад
Вищої професійної освіти
Кубанський соціально-економічний інститут
Спеціальність: Економіка і управління на підприємстві (нафтова і газова промисловість)
Дисципліна: Бурові, промивні і тампонажні розчини
Контрольна робота
Краснодар 2010
ЗМІСТ
1. Промислові випробування бурового розчину: стабільність і добовий відстій
1.1 Основні поняття
1.2 Характеристика параметрів
2. Тампонажні матеріали для цементування свердловин
2.1 Основні поняття
2.2 Класифікація тампонажних матеріалів
2.3 Вимоги до тампонажним матеріалами для цементування свердловин
Список використаної літератури
1. Промислові випробування бурового розчину: стабільність і добовий відстій
1.1 Основні поняття
При бурінні обертальним способом у свердловині постійно циркулює потік рідини, яка раніше розглядалася лише як засіб для видалення продуктів руйнування (шламу). В даний час вона сприймається, як один з головних чинників забезпечують ефективність всього процесу буріння.
При проведенні бурових робіт циркулює в свердловині рідина прийнято називати - буровим розчином або промивної рідиною. Буровий розчин крім видалення шламу повинен виконувати інші, в рівній мірі важливі функції, спрямовані на ефективне, економічне, і безпечне виконання і завершення процесу буріння.
Частина властивостей бурового розчину можуть вимірюватися бурової бригадою, зазвичай це щільність бурового розчину, умовна в'язкість, і водовіддача. Крім того, бригадою можуть вимірюватися вміст піску, а також концентрацію солей і лужність розчину.
Однак для якісного управління властивостями бурового розчину, що дозволяє забезпечувати ефективне виконання ним заданих функцій, такого набору параметрів явно недостатньо.
Наприклад, в якості технологічних показників стійкості промивної рідини як дисперсної системи використовуються стабільність і добовий відстій.
1.2 Характеристика параметрів
Показник стабільності (С) - вимірюється за допомогою приладу ЦС-2, зображеного на малюнку 1, що представляє собою металевий циліндр об'ємом 800 см3 із зливним отвором в середині.
Малюнок 1 - "Прилад для вимірювання стабільності"
При вимірі отвір перекривають гумовою пробкою, циліндр заливають випробовуваним розчином, закривають склом і залишають у спокої на 24 ч. Після закінчення цього терміну отвір відкривають і верхню половину розчину зливають в окрему ємність. Ареометром визначають щільність верхньої і нижньої частин розчину. За міру стабільності беруть різниця густин розчину в нижній і верхній частинах циліндра.
Чим менше значення С, тим стабільність розчину вище.
Добовий відстій вимірюють за допомогою скляного мірного циліндра об'ємом 100 см3, представленого на малюнку 2, позначають буквою 0.
Малюнок 2 - "Прилад для вимірювання добового відстою"
Випробовувану рідину обережно наливають у мірний циліндр до позначки 100 см3, закривають склом і залишають у спокої на 24 год, після чого візуально визначають величину шару прозорої води, яка виділяється у верхній частині циліндра. Відстій виражають у відсотках виділилася рідини від об'єму проби. Чим менше добовий відстій, тим стійкіші, стабільніші промивна рідина.
Ці параметри слід вимірювати при температурах, відповідних температурі розчину в свердловині.
Стабільним вважається розчин, у якого С = 0,02-0,03 г/см3, 0 = 3-4%.
2. Тампонажні матеріали для цементування свердловин
2.1 Основні поняття
Після буріння і облаштування подальша експлуатація свердловин повинна здійснюватись у відповідності з інструкціями та рекомендаціями, зазначеними в паспорті на свердловину, що дозволяє забезпечити її безперебійну та якісну роботу. У деяких ситуаціях, коли експлуатація водозабірних свердловин стає неможливою внаслідок різного роду причин: технічних, економічних, санітарних та інших - проводиться ліквідація свердловини. Ліквідацію називають також тампонаж свердловини (цементаж) - це комплекс заходів для захисту і збереження надр.
Цементування свердловин має на увазі:
закачування цементного розчину для тимчасової консервації водозабірних свердловин або повної ліквідації;
зміцнення стовбура свердловини і відсікання небажаних водоносних пластів, перешкода змішання вод при подальшому бурінні свердловини під воду.
Тампонажний цемент - продукт, що складається з одного або кількох в'яжучих (портландцементу, шлаку, вапна, органічних матеріалів і т.д.), мінеральних (кварцового піску, азбесту, глини, шлаку або ін) або органічних (бавовняних очосів, відходів целюлозного виробництва та ін) добавок, що дозволяють після змішування з водою або іншою рідиною отримати розчин, а потім камінь обумовленого качества.
Тампонажні матеріали - матеріали, які при заутворі водою утворюють суспензії, здатні потім перетворитися в твердий непроникний камінь.
2.2 Класифікація тампонажних матеріалів
Залежно від виду в'яжучого матеріалу тампонажні матеріали діляться на:
1) тампонажний цемент на основі портландцементу;
2) тампонажний цемент на основі доменних шлаків;
3) тампонажний цемент на основі вапняно-піщаних сумішей;
4) інші тампонажні цементи (беліловие та ін.)
При цементуванні свердловин застосовують тільки два перші види - тампонажні цементи на основі портландцементу і доменних шлаків.
До цементним розчинам висувають такі основні вимоги:
рухливість розчину повинна бути такою, щоб його можна було закачувати в свердловину насосами, і вона повинна зберігатися від моменту приготування розчину (замішування) до закінчення процесу продавлювання;
структуроутворення розчину, тобто загущення і схоплювання після продавлювання його за обсадних колон, має відбуватися швидко;
цементний розчин на стадіях загусання і схоплювання і сформувався камінь повинні бути непроникні для води, нафти і газу;
цементний камінь, що утворюється з цементного розчину, повинен бути корозійно-і температуроустойчивости, а його контакти з колоною і стінками свердловини не повинні порушуватися під дією навантажень і перепадів тиску, що виникають у обсадної колони при різних технологічних операціях.
Залежно від добавок тампонажні цементи та їх розчини поділяють на:
піщані,
волокнисті,
гельцементние,
пуццоланові,
сульфатостійкі,
розширюються,
полегшені з низьким показником фільтрації,
водоемульсійні,
нафто-цементні та ін
В даний час номенклатура тампонажних цементів на основі портландцементу і шлаку містить:
1) тампонажні портландцементи для "холодних" і "гарячих" свердловин ("холодний" цемент - для свердловин з температурою до 500С, "гарячий" - для температур до 1000С, щільність розчину 1,88 г/см3);
2) полегшені цементи для отримання розчинів щільністю 1,4 - 1,6 г/см3 на базі тампонажних портландцементів, а також на основі шлакопесчаной суміші (до температур 90 - 1400С), в якості полегшують добавок використовують глино-порошки або мелені пемзу, трепел , опоку та ін;
3) обтяжені цементи для отримання розчинів щільністю не менше 2,15 г/см3 на базі тампонажних портландцементів для температур, відповідних "холодним" і "гарячим" цементам, а також шлакопесчаной суміші для температур 90 - 1400С (як утяжеляющих добавок використовують магнетит, барит та ін);
4) термостійкі шлакопесчание цементи для свердловин з температурою 90 - 140 і 140 - 1800С;
5) нізкогігроскопіческіе тампонажні цементи, призначені для тривалого зберігання.
Регулюють властивості цементних розчинів зміною водоцементного відносини (В: Ц), а також додаванням різних хімічних реагентів, що прискорюють або уповільнюють терміни схоплювання і твердіння, що знижують в'язкість і показник фільтрації.
У практиці буріння в більшості випадків застосовують цементний розчин з В: Ц = 0,4 - 0,5. Нижня межа В: Ц обмежується плинністю цементного розчину, верхня межа - зниженням міцності цементного каменю і подовженням терміну схоплювання.
До прискорювачам відносяться
хлористі кальцій,
калій та натрій;
кальцинована сода;
хлористий алюміній.
Ці реагенти забезпечують схоплювання цементного розчину при негативних температурах і прискорюють схоплювання при низьких температурах (до 40 ° С).
Сповільнюють схоплювання цементного розчину також хімічні реагенти, такі як:
гідролізований поліакрилонітрил,
карбоксиметилцелюлоза,
поліакриламід,
сульфіт-спиртова барда,
конденсована сульфіт-спиртова барда,
нітролігнін.
Перераховані реагенти надають комбінована дія. Всі вони знижують фільтрацію і одночасно можуть збільшувати або зменшувати рухливість цементного розчину.
Для приготування цементного розчину хімічні реагенти розчиняють попередньо в рідині замішування (вода). Обважнюють, що полегшують і підвищують темпера-туростойкость добавки змішують з в'язкою речовиною в процесі виробництва (спеціальні цементи) або перед застосуванням в умовах бурового підприємства (сухі цементні суміші).
2.3 Вимоги до тампонажним матеріалами для цементування свердловин
Успіх цементувальних робіт визначається технікою і технологією проведення процесів цементування, якістю підготовчих робіт, тампонажного матеріалу і повнотою заміщення бурового розчину тампонажним.
Для вибору рецептури тампонажного розчину при цементуванні свердловин не завжди можна за встановленим геотермічного градієнту точно обчислити температуру забою свердловини.
При цементуванні свердловин необхідно знати статичну і динамічну температури.
Статична температура - це температура порід незайманого масиву. У свердловинах температура забою приймається близькою до статичної, якщо буровий розчин в ній не циркулює протягом 2 - 4 діб.
Під динамічної температурою розуміється усталена температура в свердловині на певній глибині в процесі циркуляції в ній бурового розчину. Практично вважається, що постійна динамічна температура встановлюється в свердловині після одного-двох циклів циркуляції бурового розчину. Динамічна температура на вибої завжди нижче статичної. Різниця температур залежить від ряду геолого-технічних і технологічних умов і становить для свердловин глибиною до 6000 м десятки градусів. Проте в кожному конкретному випадку її слід перевіряти.
Для первинного цементування свердловин рецептуру тампонажного розчину підбирають з урахуванням динамічної температури, для проведення повторних цементування - виходячи з статичної температури.
Вимоги до тампонажним матеріалами для цементування нафтових і газових свердловин в основному визначаються геолого-технічними умовами в свердловинах. Проблема вибору матеріалів складна. Тампонажний розчин повинен залишатися рухомим під час транспортування в заколонного простір і відразу ж після припинення процесу затвердіти в безусадочний камінь з певними фізико-механічними властивостями. Зазначені процеси відбуваються в стовбурі свердловини складної конфігурації, де температури і тиску змінюються з глибиною, є поглинають і високонапірні пласти, а також пласти з наявністю мінералізованих вод, нафти і газу. За таких умовах, що змінюються один тип цементу або одна і та ж рецептура тампонажного розчину не можуть бути однаково прийнятні. Один тип цементу не може відповідати усім вимогам, пов'язаним з різноманітністю умов навіть в одній свердловині.
Для здійснення процесу цементування з найбільшим витісненням бурового розчину тампонажним слід виконати низку спеціальних заходів. Такі заходи можуть і не забезпечити повного витіснення бурового розчину тампонажним, проте в інтервалах обов'язкового заповнення тампонажним розчином цього домогтися можна. Необхідно забезпечити контактування тампонажного розчину зі стінкою свердловини і обсадної колоною. Застосування комплексу технологічних заходів з ходіня обсадних колон при використанні скребків та інших пристроїв змінить умови формування тампонажного розчину.
Якісне цементування свердловин слід планувати на стадії буріння, забезпечуючи форму стовбура, що наближається по конфігурації до циліндра.
Рухливість тампонажного розчину. Найбільш важлива властивість тампонажного розчину - його рухливість, тобто здатність легко прокачуватися по трубах протягом необхідного для проведення процесу цементування часу. Рухливість (розтікання) розчину встановлюється за допомогою конуса АзНІІ. Це властивість тампонажних матеріалів визначається природою в'яжучого, тонкістю помелу, водоцементним ставленням, кількістю, ступенем забрудненості і питомою поверхнею наповнювача, добавок, а також умовами, в яких розчин перебуває протягом процесу цементування, часом і способом перемішування розчину. Необхідна рухливість розчину обумовлена технікою і технологією проведення тампонажних робіт і може бути змінена в бажану сторону.
Метод визначення рухливості дозволяє швидко підбирати кількість води при відповідному складі суміші. Отримані при цьому результати можуть розглядатися як орієнтовні. Для глибоких свердловин з малими зазорами розтікання тампонажних розчинів рекомендується підвищувати до 22 см. Розчин вважається відповідним ГОСТ 1581-91, якщо діаметр кола розплився розчину не менше 180 мм при водоцементному відношенні 0,5.
Щільність тампонажного розчину - одна з найважливіших його характеристик. У процесі цементування свердловини щільність - практично поки єдиний критерій для оцінки якості тампонажного розчину.
Коливання щільності тампонажного розчину при цементуванні вказує на зміни його водоцементного відносини. Такі коливання вважаються порушенням технологічного режиму процесу і можуть призвести до ускладнень, зокрема, до підвищення тиску при цементуванні. Особливо важко на практиці дотримуватися заданої рецептури при заутворі цементних сумішей, що дають полегшені тампонажні розчини. Зменшення щільності - це збільшення водоцементного відносини, що призводить до погіршення властивостей каменю.
Враховуючи, що водо-цементне відношення визначає і інші фізико-механічні властивості, необхідно суворо контролювати зміна щільності тампонажного розчину при цементуванні і не допускати відхилень від заданої величини. Процес цементування проходить зазвичай нормально, якщо коливання щільності не перевищують 0,02 г/см3.
Терміни схоплювання тампонажних розчинів. Придатність тампонажного розчину для транспортування в заколонного простір свердловини оцінюється термінами схоплювання. Для визначення цих термінів при температурах 22 і 75 ° С застосовують прилад, званий голкою Віка.
Початком схоплювання вважається час від моменту замішування цементу водою до моменту, коли голка, занурюючись в розчин, не доходить до нижньої пластини на 0,5-1,0 мм, а кінцем схоплювання - час від моменту замішування цементу водою до моменту, коли голка, занурюючись в розчин, проникає в нього не більше, ніж на 1 мм.
Для визначення строків тужавіння тампонажних розчинів при високих температурах і тиску застосовують спеціальний прилад - автоклав, розрахований на робочий тиск до 100 МПа і високу температуру.
Терміни схоплювання тампонажних розчинів підбирають виходячи з конкретних умов.
Консистенція тампонажного розчину. Для цементування глибоких високотемпературних свердловин крім строків схоплювання в статичних умовах необхідно встановлювати зміна загусання (консистенції) тампонажних розчинів в часі в процесі їх перемішування
Список використаної літератури
1. Булатов А.І., Макаренко П.П., путівців Ю.М. Бурові промивні і тампонажні розчини: Учеб. посібник для вузів. - М.: ВАТ "Видавництво" Надра ", 1999. - 424 с.
2. Булатів А. І., Данюшевскій В.С. Тампонажні матеріали: Навч. посібник для вузів,-М:. Надра
3. Булатів А. і тампонажних матеріали і технологія цементування свердловин: Учеб. для технікумів. - 4-е вид., Перераб. і доп. - М.: Надра