ВИПУСКНА КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА
ТЕМА: роз'єднаність ПЛАСТІВ
СОКОЛОВА ІГОР ОЛЕКСАНДРОВИЧ
САХАЛИНСКИЙ паливних ЕНЕРГЕТИЧНИЙ ТЕХНІКУМ
Зміст
Введення
1. Техніко-технологічний розділ.
1.1. Мета цементування свердловин.
1.2. Тампонажні матеріали, що застосовуються при цементуванні.
1.3. Організація процесу цементування.
1.4. Ускладнення при цементуванні стовбура свердловини.
1.5. Охорона навколишнього середовища при цементуванні.
2. Розрахункова частина.
3.Заключеніе.
Техніко-технологічний розділ.
1.1 Мета цементування свердловин.
Роз'єднання пластів при існуючій технології кріплення свердловин - завершальний і найбільш відповідальний етап, від якості виконання якого значною мірою залежить успішне будівництво свердловини. Під роз'єднанням пластів розуміється комплекс процесів і операцій, що проводяться для закачування тампонажного розчину в затрубний простір (тобто у простір за обсадної колоною) з метою створення там надійної ізоляції у вигляді щільного матеріалу, що утворюється з часом в результаті затвердіння тампонажного розчину. Оскільки як тампонажного найбільш широко застосовується цементний розчин, то для позначення робіт по роз'єднання використовується термін "цементування".
Цементний камінь за обсадної колоною повинен бути достатньо міцним і непроникним, мати хороше зчеплення (адгезію) з поверхнею обсадних труб і зі стінками стовбура свердловини. Високі вимоги до цементного каменю обумовлюються різноманіттям його функцій: щільне заповнення простору між обсадної колоною і стінками стовбура свердловини; ізоляція і роз'єднання продуктивних нафтогазоносних горизонтів і проникних пластів; попередження поширення нафти або газу в затрубному просторі під впливом високого пластового тиску; заякоріваніе обсадної колони в масиві гірських порід; захист обсадної колони від корозійного впливу пластових вод і деяка розвантаження від зовнішнього тиску.
Слід зазначити, що роль і значення цементного каменю залишаються незмінними протягом всього терміну використання свердловини, тому до нього пред'являються вимоги високої стійкості проти впливу негативних факторів.
Цементування включає п'ять основних видів робіт: приготування тампонажного розчину, закачування його в свердловину, подачу тампонажного розчину в затрубний простір, очікування затвердіння закачаного матеріалу і перевірку якості цементувальних робіт. Воно проводиться за заздалегідь складеною програмою, обгрунтованої технічним розрахунком.
Існує кілька способів цементування. Вони розрізняються схемою подачі тампонажного розчину в затрубний простір і особливостями використовуваних пристроїв. Можливі два варіанти подачі тампонажного розчину в затрубний простір: розчин, закачаний всередину цементованої обсадної колони, проходить по ній до башмака і потім надходить у затрубний простір, поширюючись знизу вгору (по аналогії з промиванням називається цементуванням за прямою схемою); тампонажниі розчин з поверхні подають в затрубний простір, по якому він переміщається вниз (цементування по зворотній схемі).
У промислових масштабах застосовують способи цементування за прямою схемою. Якщо через башмак обсадної колони в затрубний простір продавлюють весь тампонажниі розчин, то спосіб називається одноступінчастим (одноцікловим) цементуванням. Якщо обсадна колона на різних рівнях оснащена додатковими пристосуваннями (заливальним муфтами), що дозволяють подавати тампонажниі розчин в затрубний простір поінтервально на різній глибині, то спосіб цементування називається багатоступінчастим (багатоциклової). Найпростіший і найбільш поширений спосіб багатоступеневого цементування - цементування в два ступені (двоступенева). Іноді виникає необхідність не допустити проникнення тампонажного розчину в нижню частину обсадної колони, розташовану в інтервалі продуктивного пласта; тоді цей інтервал у затрубному просторі ізолюється манжетою, встановленої на обсадної колони. Цей спосіб цементування називається манжетні. Виділяються також способи цементування потайних колон і секцій, оскільки тампонажниі розчин у цьому випадку закачують по бурильної колоні, на якій спускають секцію або потаємну колону.
У дрібних свердловинах (наприклад, структурних), які свідомо не розкривають продуктивних покладів і інтервалів з високим пластовим тиском, затрубний простір можна ізолювати тампонуванням нижньої частини обсадної колони глиною. Тампонування виконується за більш простої технології, ніж цементування, і забезпечує лише тимчасову і досить слабку ізоляцію.
Тампонування обсадної колони в свердловині може здійснюватися задавливания обсадної колони на глибину до 0,8-1,2 м в пласт глини потужністю не менше 2,5 - 3,0 м; за способом з нижньою пробкою, коли глину у вигляді кульок попередньо закидають на забій, а потім продавлюють в затрубний простір обсадної колоною, нижній кінець якої перекритий пробкою; за способом з верхньою пробкою в нижню трубу набивають глину, над нею розміщують пробку, за допомогою якої поблизу вибою глину випрессовиваются під дією нагнітається з поверхні рідини.
Перевага методу тампонування глиною полягає в тому, що після завершення всіх робіт у свердловині обсадна колона може бути звільнена і вилучено для подальшого використання.
ТЕМА: роз'єднаність ПЛАСТІВ
СОКОЛОВА ІГОР ОЛЕКСАНДРОВИЧ
САХАЛИНСКИЙ паливних ЕНЕРГЕТИЧНИЙ ТЕХНІКУМ
Зміст
Введення
1. Техніко-технологічний розділ.
1.1. Мета цементування свердловин.
1.2. Тампонажні матеріали, що застосовуються при цементуванні.
1.3. Організація процесу цементування.
1.4. Ускладнення при цементуванні стовбура свердловини.
1.5. Охорона навколишнього середовища при цементуванні.
2. Розрахункова частина.
3.Заключеніе.
Техніко-технологічний розділ.
1.1 Мета цементування свердловин.
Роз'єднання пластів при існуючій технології кріплення свердловин - завершальний і найбільш відповідальний етап, від якості виконання якого значною мірою залежить успішне будівництво свердловини. Під роз'єднанням пластів розуміється комплекс процесів і операцій, що проводяться для закачування тампонажного розчину в затрубний простір (тобто у простір за обсадної колоною) з метою створення там надійної ізоляції у вигляді щільного матеріалу, що утворюється з часом в результаті затвердіння тампонажного розчину. Оскільки як тампонажного найбільш широко застосовується цементний розчин, то для позначення робіт по роз'єднання використовується термін "цементування".
Цементний камінь за обсадної колоною повинен бути достатньо міцним і непроникним, мати хороше зчеплення (адгезію) з поверхнею обсадних труб і зі стінками стовбура свердловини. Високі вимоги до цементного каменю обумовлюються різноманіттям його функцій: щільне заповнення простору між обсадної колоною і стінками стовбура свердловини; ізоляція і роз'єднання продуктивних нафтогазоносних горизонтів і проникних пластів; попередження поширення нафти або газу в затрубному просторі під впливом високого пластового тиску; заякоріваніе обсадної колони в масиві гірських порід; захист обсадної колони від корозійного впливу пластових вод і деяка розвантаження від зовнішнього тиску.
Слід зазначити, що роль і значення цементного каменю залишаються незмінними протягом всього терміну використання свердловини, тому до нього пред'являються вимоги високої стійкості проти впливу негативних факторів.
Цементування включає п'ять основних видів робіт: приготування тампонажного розчину, закачування його в свердловину, подачу тампонажного розчину в затрубний простір, очікування затвердіння закачаного матеріалу і перевірку якості цементувальних робіт. Воно проводиться за заздалегідь складеною програмою, обгрунтованої технічним розрахунком.
Існує кілька способів цементування. Вони розрізняються схемою подачі тампонажного розчину в затрубний простір і особливостями використовуваних пристроїв. Можливі два варіанти подачі тампонажного розчину в затрубний простір: розчин, закачаний всередину цементованої обсадної колони, проходить по ній до башмака і потім надходить у затрубний простір, поширюючись знизу вгору (по аналогії з промиванням називається цементуванням за прямою схемою); тампонажниі розчин з поверхні подають в затрубний простір, по якому він переміщається вниз (цементування по зворотній схемі).
У промислових масштабах застосовують способи цементування за прямою схемою. Якщо через башмак обсадної колони в затрубний простір продавлюють весь тампонажниі розчин, то спосіб називається одноступінчастим (одноцікловим) цементуванням. Якщо обсадна колона на різних рівнях оснащена додатковими пристосуваннями (заливальним муфтами), що дозволяють подавати тампонажниі розчин в затрубний простір поінтервально на різній глибині, то спосіб цементування називається багатоступінчастим (багатоциклової). Найпростіший і найбільш поширений спосіб багатоступеневого цементування - цементування в два ступені (двоступенева). Іноді виникає необхідність не допустити проникнення тампонажного розчину в нижню частину обсадної колони, розташовану в інтервалі продуктивного пласта; тоді цей інтервал у затрубному просторі ізолюється манжетою, встановленої на обсадної колони. Цей спосіб цементування називається манжетні. Виділяються також способи цементування потайних колон і секцій, оскільки тампонажниі розчин у цьому випадку закачують по бурильної колоні, на якій спускають секцію або потаємну колону.
У дрібних свердловинах (наприклад, структурних), які свідомо не розкривають продуктивних покладів і інтервалів з високим пластовим тиском, затрубний простір можна ізолювати тампонуванням нижньої частини обсадної колони глиною. Тампонування виконується за більш простої технології, ніж цементування, і забезпечує лише тимчасову і досить слабку ізоляцію.
Тампонування обсадної колони в свердловині може здійснюватися задавливания обсадної колони на глибину до 0,8-1,2 м в пласт глини потужністю не менше 2,5 - 3,0 м; за способом з нижньою пробкою, коли глину у вигляді кульок попередньо закидають на забій, а потім продавлюють в затрубний простір обсадної колоною, нижній кінець якої перекритий пробкою; за способом з верхньою пробкою в нижню трубу набивають глину, над нею розміщують пробку, за допомогою якої поблизу вибою глину випрессовиваются під дією нагнітається з поверхні рідини.
Перевага методу тампонування глиною полягає в тому, що після завершення всіх робіт у свердловині обсадна колона може бути звільнена і вилучено для подальшого використання.
1.2.Тампонажние матеріали, що застосовуються при цементуванні
Перед установкою цементного мосту підбирають тампонажний матеріал і рецептуру його приготування. Склад тампонажного розчину визначається геолого-технічними умовами свердловини (пластовий тиск, температура, тиск гідророзриву пласта, висота стовпа мосту). Тому рекомендують наступний вибір тампонажних матеріалів:
1.Облегченние цементи д ля отримання розчинів щільністю 1400-1600 кг / м 3 на базі тампонажного цементу д ля "холодних" і "гарячих" свердловин, а також на основі шлакопесчаной суміші для температур 90-140 ° С - ШПЦС-120 і для температур 160-250 ° С - ШПЦС-200.
2.Утяжеленние цементи д ля отримання розчинів щільністю не менше 2150 кг / м 3 на базі тампонажного цементу для "холодних" і "гарячих" свердловин, а також на основі шлакопесчаной суміші для температур 90-140 ° С - УШЦ-120; для температур 160-250 ° С - УШЦ-200.
З тампонажного портландцементу отримують цементний розчин щільністю 1820-1850 кг / м 3 з водоцементним ставленням 0,5. Причому початок схоплювання при температурі 20-З0 ° С триває до 10 год При більш високих температурах час схоплювання менше, і при температурі 75 ° С схоплювання цементу триває вже 1,5-5-2 год, що часом недостатньо при виробництві тампонажних робіт. Тому залежно від температури застосовують добавки реагентів: ССБ в кількості від 0,1 до 0,5%, хромати - від 0,1 до 0,5%, ОК-ЗІЛ - від 0,1 до 0,5% від маси цементу .
Для зниження водовіддачі тампонажних розчинів в них вводять полівініловий спирт - до 1%, тілоза Н-20р - до 1% та ін
Залежно від виду в'яжучого матеріалу, що становить основу, тампонажні цементи поділяються на класи: цементи на основі портландцементу, цементи на основі доменних шлаків, вапняно-піщані суміші, інші тампонажні цементи (гіпсові, белітовие та ін), тампонажні органічні крепителі на полімерній основі .
За родом добавок розрізняють цементи піщані, волокнисті, гельцементи, шлакові, перлітові та інші. За призначенням, яке визначається температурними умовами випробування приготованого тампонажного розчину, розрізняють три температурні різновиди цементів: для низьких і нормальних температур (до 50 ° С), для помірних (від 50 до 100 ° С) і підвищених (> 100 ° С). Виділяють також це-мен-ти для високих (від 150 дло 250 ° С) і надвисоких (понад 250 ° С) температур.
Одним з найбільш поширених видів в'яжучого матеріалу є портландцемент. Портландцемент - різновид силікатного цементу, він представляє собою порошкоподібний неорганічний в'яжучий матеріал, до складу якого входять високоосновні силікати кальцію і в обмеженій кількості деякі домішки, зумовлені забрудненням вихідної сировини.
Портландцемент характеризується високою щільністю - 3100 - 3150 кг / м 3, насипна маса порошку портландцементу складає 900-1100 кг / м 3 в пухкому стані і 1400-1700 кг / м 3 в ущільненому. Тонкість помелу порошку оцінюють за сумарною поверхні частинок (в м 2 / кг). Питома по-врехность тампонажних портландцементів знаходиться в межах 250 - 400 м 2 / кг, у спеціальних цементів вона може доходити до 1500 м 2 / кг.
Портландцемент - основа для приготування тампонажних розчинів з різними властивостями. Для регулювання властивостей в портландцемент при його заутворі вводять спеціальні добавки, які дозволяють регулювати терміни схоплювання тампонажного розчину, властивості одержуваного цементного каменю, його термостійкість і т.п.
Найбільш поширені добавки в цемент - глина і пісок. З добавкою бентонітової глинопорошків в портландцемент отримують гельцемент.
Добавки кварцового піску до портландцементу роблять різний вплив на цементний камінь у залежності від температури середовища. Якщо при низьких температурах пісок являє собою інертний наповнювач, то при високих температурах він вступає в хімічні реакції з основними оксидами як кислий компонент, утворюючи гідр о силікати.
Поряд з портландцементами використовують нові види в'яжучих матеріалів. До них відносяться шлакопесчание цементи, белітокремнеземістий цемент, тампонажні цементи на базі ферромарганцевого шлаку, вапняно-піщані розчини, а також органічні полімерні в'яжучі. Відмітна особливість шлакових цементів те, що процес їх тверднення значно посилено з підвищенням температури до 100 ° С і вище. Шлакопесчание цементи в умовах високих температур дають міцний і щільний цементний камінь, що володіє високою стійкістю в агресивних середовищах.
Для цементування високотемпературних свердловин запропоновано белітокремнеземістий цемент, що виготовляється на основі белітового (нефелінового) шламу та кварцового піску. На базі цього цементу готують тампонажний розчин для цементування при температурах до 180 - 200 ° С.
Вапняно-піщані тампонажні розчини готують на основі вапна і меленого кварцового піску з добавкою бентонітової глини. При температурі 130-150 ° С і високому тиску суміш схоплюється дуже швидко (<30 хв), але з добавками спеціальних речовин терміни схоплювання можна збільшити.
Тампонажний цемент на базі ферромарганцевого шлаку, одержуваного при виробництві чавуну, проявляє в'яжучі властивості при температурах вище 100 ° С. Тампонажний розчин з цього цементу можна ефективно застосовувати при температурі від 150 до 350 - 400 ° С. Для скорочення термінів схоплювання в розчин додають кальциновану соду.
В останні роки проводиться велика робота по створенню рецептури нових в'яжучих матеріалів у вигляді органічних сполук. Наприклад, застосовують полимерцемента, в яких в'язка основа представлена сумішшю мінеральних речовин і полімерів. В якості полімерних добавок використовують різні синтетичні каучуки, смоли, полі-акрилати, полістирол та інші сполуки. Один з різновидів полимерцемента - латексцемент, який має як полімерної добавки натуральний або синтетичний каучук. Такий цемент дає можливість отримати міцний непроникний цементний камінь, що володіє високою пружністю і стійкістю в агресивних середовищах. Завдяки своїм позитивним властивостям полимерцемента привертають до себе все більшу увагу фахівців.
При цементуванні в'яжучий матеріал подають у свердловину у вигляді тампонажного розчину. Тампонажним розчином називається дисперсна система, що утворюється при заутворі тампонажного цементу водою, прісною або з хімічними реагентами та іншими добавками. Для тампонажного розчину характерна нестабільність стану і здатність до фазовим перетворенням. З цієї точки зору розчини, одержувані при заутворі цементів на нафті або нафтопродуктах (дизельне паливо і т.д., тільки умовно можна відносити до тампонажним, так як для прояву властивостей диспергованих в'яжучих матеріалів необхідно заміщення рідкої фази водою.
Основна вимога до тампонажним розчинів полягає в тому, що вони повинні зберігати досить високу рухливість протягом усього періоду подачі їх в інтервал цементування і потім швидко тверднути, досягаючи міцності, достатньої для відновлення робіт у свердловині.
Формування цементного каменю з тампонажного розчину відбувається за участю води як необхідного компоненту, тому одна з основних характеристик розчину - його водовміщення, яке оцінюється водоцементним ставленням. Водо-цементне відношення - це відношення маси води до маси цементу. Для стандартних тампонажних портландцементів водо-цементне відношення може змінюватися в межах 0,4 - 0,6.
Тампонажний розчин характеризується рядом властивостей. Серед них найбільш важливі щільність, рухливість (расте-каемость), седиментаційна стійкість, показник фільтрації, структурна в'язкість, динамічна напруга зсуву, час загусання, терміни схоплювання. Властивості тампонажного розчину залежать від хіміко-мінералогічного складу основи, складу рідини замішування, складу, будови і концентрації наповнювачів, концентрації і активності хімічних добавок, режиму приготування і перемішування розчину і змінюються в залежності від дії таких факторів, як температура і тиск.
За щільністю тампонажні розчини поділяються на легкі (до 1300 кг / м 3), полегшені (1300-1750 кг / м 3), нормальні (1750 - 1950 кг / м 3), обтяжені (1950 - 2200) і важкі (вище 2200 кг / м 3). При водоцементному відношенні 0,5 стандартний розчин з портландцементу має щільність 1810-1850 кг / м 3. З підвищенням водоцементного відносини щільність розчину знижується. Є тампонажні цементи, що дозволяють готувати обтяжені розчини щільністю 2060 - 2160 кг / м 3 (УЦГ-1, УШЦ-1) і важкі розчини щільністю до 2250 кг / м 3 (УЦГ-2, УШЦ-2). Підвищення щільності досягається також введенням обважнювачів в тампонажний розчин.
Надзвичайна різноманітність умов у свердловинах, їх мінливість по стовбуру свердловини в інтервалі цементування, вплив різних чинників на властивості тампонажного розчину зумовлюють необхідність регулювання його первісних властивостей шляхом уточнення складу основних в'яжучих матеріалів та введення додаткових речовин.
Все що вводяться в тампонажний розчин речовини можна підрозділити на групи:
добавки (кварцовий пісок, шлаки і т.п.), які в певних умовах взаємодіють з в'яжучим матеріалом основи і беруть участь в процесі формування цементного каменю;
хімічні реагенти, які, як правило, вводять у воду замішування для впливу на реологічні властивості тампонажного розчину, показник фільтрації і терміни його схоплювання;
наповнювачі (целофан, азбест, лушпиння, різні волокна, слюда), інертні по відношенню до основного в'яжучому матеріалу.
Залежно від конкретних умов виникає необхідність зміни строків початку схоплювання: їх збільшення при цементуванні в глибоких свердловинах з високими забійними температурами і високим тиском та їх зменшення, якщо цементувальні роботи ведуться на невеликих глибинах. Початок схоплювання тампонажного розчину вдається змінювати введенням хімічних реагентів. За характером впливу на час схоплювання вони поділяються на прискорювачі і сповільнювачі. Прискорювачі інтенсифікують процес гідратації частинок в розчині, сприяючи утворенню коагуляционной та кристалізаційної структур і скорочення терміну початку схоплювання. До прискорювачам відносяться хлориди кальцію, алюмінію, натрію та цинку, каустична і кальцинована сода та ін Хлористий натрій є прискорювачем, якщо його дозування не перевищує 2 -3%, в більшій кількості він має зворотну дію.
Сповільнювачі, адсорбируясь на поверхні частинок в'яжучого матеріалу, знижують темп їх гідратації та збільшують термін початку схоплювання. Як сповільнювачів використовують ССБ, КМЦ, ГІПАН, віннокаменную кислоту та інші реагенти.
Кількість хімічних реагентів визначають лабораторним шляхом у залежності від характеру свердловини, способу цементування і сорти тампонажного цементу.
Перед установкою цементного мосту підбирають тампонажний матеріал і рецептуру його приготування. Склад тампонажного розчину визначається геолого-технічними умовами свердловини (пластовий тиск, температура, тиск гідророзриву пласта, висота стовпа мосту). Тому рекомендують наступний вибір тампонажних матеріалів:
1.Облегченние цементи д ля отримання розчинів щільністю 1400-1600 кг / м 3 на базі тампонажного цементу д ля "холодних" і "гарячих" свердловин, а також на основі шлакопесчаной суміші для температур 90-140 ° С - ШПЦС-120 і для температур 160-250 ° С - ШПЦС-200.
2.Утяжеленние цементи д ля отримання розчинів щільністю не менше 2150 кг / м 3 на базі тампонажного цементу для "холодних" і "гарячих" свердловин, а також на основі шлакопесчаной суміші для температур 90-140 ° С - УШЦ-120; для температур 160-250 ° С - УШЦ-200.
З тампонажного портландцементу отримують цементний розчин щільністю 1820-1850 кг / м 3 з водоцементним ставленням 0,5. Причому початок схоплювання при температурі 20-З0 ° С триває до 10 год При більш високих температурах час схоплювання менше, і при температурі 75 ° С схоплювання цементу триває вже 1,5-5-2 год, що часом недостатньо при виробництві тампонажних робіт. Тому залежно від температури застосовують добавки реагентів: ССБ в кількості від 0,1 до 0,5%, хромати - від 0,1 до 0,5%, ОК-ЗІЛ - від 0,1 до 0,5% від маси цементу .
Для зниження водовіддачі тампонажних розчинів в них вводять полівініловий спирт - до 1%, тілоза Н-20р - до 1% та ін
Залежно від виду в'яжучого матеріалу, що становить основу, тампонажні цементи поділяються на класи: цементи на основі портландцементу, цементи на основі доменних шлаків, вапняно-піщані суміші, інші тампонажні цементи (гіпсові, белітовие та ін), тампонажні органічні крепителі на полімерній основі .
За родом добавок розрізняють цементи піщані, волокнисті, гельцементи, шлакові, перлітові та інші. За призначенням, яке визначається температурними умовами випробування приготованого тампонажного розчину, розрізняють три температурні різновиди цементів: для низьких і нормальних температур (до 50 ° С), для помірних (від 50 до 100 ° С) і підвищених (> 100 ° С). Виділяють також це-мен-ти для високих (від 150 дло 250 ° С) і надвисоких (понад 250 ° С) температур.
Одним з найбільш поширених видів в'яжучого матеріалу є портландцемент. Портландцемент - різновид силікатного цементу, він представляє собою порошкоподібний неорганічний в'яжучий матеріал, до складу якого входять високоосновні силікати кальцію і в обмеженій кількості деякі домішки, зумовлені забрудненням вихідної сировини.
Портландцемент характеризується високою щільністю - 3100 - 3150 кг / м 3, насипна маса порошку портландцементу складає 900-1100 кг / м 3 в пухкому стані і 1400-1700 кг / м 3 в ущільненому. Тонкість помелу порошку оцінюють за сумарною поверхні частинок (в м 2 / кг). Питома по-врехность тампонажних портландцементів знаходиться в межах 250 - 400 м 2 / кг, у спеціальних цементів вона може доходити до 1500 м 2 / кг.
Портландцемент - основа для приготування тампонажних розчинів з різними властивостями. Для регулювання властивостей в портландцемент при його заутворі вводять спеціальні добавки, які дозволяють регулювати терміни схоплювання тампонажного розчину, властивості одержуваного цементного каменю, його термостійкість і т.п.
Найбільш поширені добавки в цемент - глина і пісок. З добавкою бентонітової глинопорошків в портландцемент отримують гельцемент.
Добавки кварцового піску до портландцементу роблять різний вплив на цементний камінь у залежності від температури середовища. Якщо при низьких температурах пісок являє собою інертний наповнювач, то при високих температурах він вступає в хімічні реакції з основними оксидами як кислий компонент, утворюючи гідр о силікати.
Поряд з портландцементами використовують нові види в'яжучих матеріалів. До них відносяться шлакопесчание цементи, белітокремнеземістий цемент, тампонажні цементи на базі ферромарганцевого шлаку, вапняно-піщані розчини, а також органічні полімерні в'яжучі. Відмітна особливість шлакових цементів те, що процес їх тверднення значно посилено з підвищенням температури до 100 ° С і вище. Шлакопесчание цементи в умовах високих температур дають міцний і щільний цементний камінь, що володіє високою стійкістю в агресивних середовищах.
Для цементування високотемпературних свердловин запропоновано белітокремнеземістий цемент, що виготовляється на основі белітового (нефелінового) шламу та кварцового піску. На базі цього цементу готують тампонажний розчин для цементування при температурах до 180 - 200 ° С.
Вапняно-піщані тампонажні розчини готують на основі вапна і меленого кварцового піску з добавкою бентонітової глини. При температурі 130-150 ° С і високому тиску суміш схоплюється дуже швидко (<30 хв), але з добавками спеціальних речовин терміни схоплювання можна збільшити.
Тампонажний цемент на базі ферромарганцевого шлаку, одержуваного при виробництві чавуну, проявляє в'яжучі властивості при температурах вище 100 ° С. Тампонажний розчин з цього цементу можна ефективно застосовувати при температурі від 150 до 350 - 400 ° С. Для скорочення термінів схоплювання в розчин додають кальциновану соду.
В останні роки проводиться велика робота по створенню рецептури нових в'яжучих матеріалів у вигляді органічних сполук. Наприклад, застосовують полимерцемента, в яких в'язка основа представлена сумішшю мінеральних речовин і полімерів. В якості полімерних добавок використовують різні синтетичні каучуки, смоли, полі-акрилати, полістирол та інші сполуки. Один з різновидів полимерцемента - латексцемент, який має як полімерної добавки натуральний або синтетичний каучук. Такий цемент дає можливість отримати міцний непроникний цементний камінь, що володіє високою пружністю і стійкістю в агресивних середовищах. Завдяки своїм позитивним властивостям полимерцемента привертають до себе все більшу увагу фахівців.
При цементуванні в'яжучий матеріал подають у свердловину у вигляді тампонажного розчину. Тампонажним розчином називається дисперсна система, що утворюється при заутворі тампонажного цементу водою, прісною або з хімічними реагентами та іншими добавками. Для тампонажного розчину характерна нестабільність стану і здатність до фазовим перетворенням. З цієї точки зору розчини, одержувані при заутворі цементів на нафті або нафтопродуктах (дизельне паливо і т.д., тільки умовно можна відносити до тампонажним, так як для прояву властивостей диспергованих в'яжучих матеріалів необхідно заміщення рідкої фази водою.
Основна вимога до тампонажним розчинів полягає в тому, що вони повинні зберігати досить високу рухливість протягом усього періоду подачі їх в інтервал цементування і потім швидко тверднути, досягаючи міцності, достатньої для відновлення робіт у свердловині.
Формування цементного каменю з тампонажного розчину відбувається за участю води як необхідного компоненту, тому одна з основних характеристик розчину - його водовміщення, яке оцінюється водоцементним ставленням. Водо-цементне відношення - це відношення маси води до маси цементу. Для стандартних тампонажних портландцементів водо-цементне відношення може змінюватися в межах 0,4 - 0,6.
Тампонажний розчин характеризується рядом властивостей. Серед них найбільш важливі щільність, рухливість (расте-каемость), седиментаційна стійкість, показник фільтрації, структурна в'язкість, динамічна напруга зсуву, час загусання, терміни схоплювання. Властивості тампонажного розчину залежать від хіміко-мінералогічного складу основи, складу рідини замішування, складу, будови і концентрації наповнювачів, концентрації і активності хімічних добавок, режиму приготування і перемішування розчину і змінюються в залежності від дії таких факторів, як температура і тиск.
За щільністю тампонажні розчини поділяються на легкі (до 1300 кг / м 3), полегшені (1300-1750 кг / м 3), нормальні (1750 - 1950 кг / м 3), обтяжені (1950 - 2200) і важкі (вище 2200 кг / м 3). При водоцементному відношенні 0,5 стандартний розчин з портландцементу має щільність 1810-1850 кг / м 3. З підвищенням водоцементного відносини щільність розчину знижується. Є тампонажні цементи, що дозволяють готувати обтяжені розчини щільністю 2060 - 2160 кг / м 3 (УЦГ-1, УШЦ-1) і важкі розчини щільністю до 2250 кг / м 3 (УЦГ-2, УШЦ-2). Підвищення щільності досягається також введенням обважнювачів в тампонажний розчин.
Надзвичайна різноманітність умов у свердловинах, їх мінливість по стовбуру свердловини в інтервалі цементування, вплив різних чинників на властивості тампонажного розчину зумовлюють необхідність регулювання його первісних властивостей шляхом уточнення складу основних в'яжучих матеріалів та введення додаткових речовин.
Все що вводяться в тампонажний розчин речовини можна підрозділити на групи:
добавки (кварцовий пісок, шлаки і т.п.), які в певних умовах взаємодіють з в'яжучим матеріалом основи і беруть участь в процесі формування цементного каменю;
хімічні реагенти, які, як правило, вводять у воду замішування для впливу на реологічні властивості тампонажного розчину, показник фільтрації і терміни його схоплювання;
наповнювачі (целофан, азбест, лушпиння, різні волокна, слюда), інертні по відношенню до основного в'яжучому матеріалу.
Залежно від конкретних умов виникає необхідність зміни строків початку схоплювання: їх збільшення при цементуванні в глибоких свердловинах з високими забійними температурами і високим тиском та їх зменшення, якщо цементувальні роботи ведуться на невеликих глибинах. Початок схоплювання тампонажного розчину вдається змінювати введенням хімічних реагентів. За характером впливу на час схоплювання вони поділяються на прискорювачі і сповільнювачі. Прискорювачі інтенсифікують процес гідратації частинок в розчині, сприяючи утворенню коагуляционной та кристалізаційної структур і скорочення терміну початку схоплювання. До прискорювачам відносяться хлориди кальцію, алюмінію, натрію та цинку, каустична і кальцинована сода та ін Хлористий натрій є прискорювачем, якщо його дозування не перевищує 2 -3%, в більшій кількості він має зворотну дію.
Сповільнювачі, адсорбируясь на поверхні частинок в'яжучого матеріалу, знижують темп їх гідратації та збільшують термін початку схоплювання. Як сповільнювачів використовують ССБ, КМЦ, ГІПАН, віннокаменную кислоту та інші реагенти.
Кількість хімічних реагентів визначають лабораторним шляхом у залежності від характеру свердловини, способу цементування і сорти тампонажного цементу.
1.3.Організація процесу цементування
Технологія цементування складалася на основі багаторічного практичного досвіду й удосконалювалася з використанням досягнень науки і техніки. На сучасному рівні вона включає систему відпрацьованих норм і правил виконання цементувальних робіт, а також типові схеми організації процесу цементування.
У кожному конкретному випадку технологію цементування уточнюють у залежності від конструкції і стану стовбура свердловини, протяжності цементованої інтервалу, гірничо-геологічних умов, рівня оснащеності технічними засобами і досвіду проведення цементувальних робіт в даному районі.
Застосовувана технологія повинна забезпечити: цементування передбаченого інтервалу по всій його протяжності; повне заміщення промивної рідини тампонажним розчином в межах цементованої інтервалу; запобігання тампонажного розчину від попадання в нього промивної рідини; отримання цементного каменю з необхідними механічними властивостями, з високою стійкістю та низькою проникністю; забезпечення хорошого зчеплення цементного каменю з обсадної колоною і стінками свердловини.
При розробці технології цементування для конкретних умов перш за все підбирають спосіб. Він повинен забезпечити підйом тампонажного розчину на задану висоту, заповнення їм всього передбаченого інтервалу (а якщо є потреба, то й захист деякого інтервалу від проникнення тампонажного розчину), запобігання тампонажного розчину від попадання в нього промивної рідини при русі по обсадної колони.
Дослідженнями встановлено, що найбільш повне заміщення промивної рідини відбувається при турбулентному режимі (98%), гірші показники (42%) отримують при структурному режимі. Для найбільш повного заміщення промивної рідини рекомендується ряд заходів:
ретельне регулювання реологічних властивостей промивної рідини, що заповнює свердловину перед цементуванням, з метою зниження в'язкості і статичного напруження зсуву до мінімально допустимих значень;
нагнітання тампонажного розчину в затрубний простір зі швидкостями перебігу, забезпечують турбулентний режим;
застосування відповідних буферних рідин на розділі промивної рідини і тампонажного розчину;
ходіня або обертання обсадної колони при подачі тампонажного розчину в затрубний простір;
застосування повного комплексу технологічної оснастки обсадної колони.
При розробці технології підбирають тампонажний матеріал, рецептуру і властивості тампонажного розчину, визначають режим закачування і продавлювання тампонажного розчину, сумарну тривалість цементувальних робіт і проміжок часу, необхідний для формування в затрубному просторі цементного каменю з достатньою міцністю, що дозволяє відновити роботи в свердловині.
Цементування обсадної колони можна представити як ланцюжок ряду процесів і операцій: підготовка ствола свердловини до цементування; цементування затрубного простору (приготування і закачування тампонажного розчину в свердловину, продавлювання цементного розчину в затрубний простір); очікування затвердіння цементу (ОЗЦ): при цементуванні кондуктора ОЗЦ зазвичай триває 5 - 8 год, при цементуванні проміжних і експлуатаційних колон - від 1 до 24 год; проведення контрольних замірів для визначення якості цементування, випробування обсадної колони на герметичність, розбурювання цементного стакана в колоні, перевірка герметичності ізоляції затрубного простору.
Розглянемо найбільш поширені способи цементування.
ОДНОЦІКЛОВОЕ цементування з ДВОМА КОРКИ
Спосіб одноціклового цементування з двома пробками (рис. 10.1) був запропонований у 1905 р. бакинським інж. А.А. Богушевська.
За цим способом після завершення підготовчих робіт у колону вводять нижню пробку з прохідним каналом, тимчасово перекритим діафрагмою.
На верхній кінець колони нагвинчують цементувальних голівку і приступають до закачування тампонажного розчину, який тут же готують у змішувальної установки. Коли весь розрахунковий обсяг цементного розчину закачаний в свердловину, звільняють верхню пробку, яка до цього трималася у цементувальних голівці фіксатором.
Починаючи з цього моменту в обсадних колон подають продавочной рідина, під тиском якої верхня пробка витіснить вниз стовп цементного розчину. Внаслідок своєї більш високої щільності цементний розчин під власною вагою витісняє промивну рідину, що відзначається з падіння тиску на цементувальних голівці.
Як тільки нижня пробка досягне упорного кільця (стоп-кільця), тиск над нею підвищиться і під його впливом діафрагма, що перекриває канал у нижній пробці, зруйнується, при цьому спостерігається підвищення тиску на 4 - 5 МПа. Після руйнування діафрагми розчин починає надходити в затрубний простір.
Обсяг продавочной рідини, закачаної в свердловину, безперервно контролюють. Коли по закінченні продавкі залишається 1 - 2 м 3 продавочной рідини, інтенсивність подачі різко знижують. Закачування припиняють, як тільки обидві пробки (верхня і нижня) увійдуть в контакт; цей момент відзначається з різкого підвищення тиску на цементувальних голівці. У обсадної колоні під наполегливим кільцем залишається певна кількість розчину, що утворює склянку заввишки 15-20 м. Якщо колона оснащена зворотним клапаном, то можна відкрити крани на цементувальних голівці і знизити тиск.
Рис. 10.1. Схема етапів виконання одноцпклового цементування обсадної колони:
/ - Початок подачі цементного розчину в свердловину; II - подача закачаної порції цементного розчину по обсадної колони; III - початок продавкі в затрубний простір; IV - закінчення продавкі; 1 - манометр; 2 - цементувальних головка, 3, 4 - верхня і нижня пробки ; 5 - цементованої обсадна колона; 6 - стінки свердловини; 7 - стогін-кільце; 8 - продавочной рідина; 9 - буровий розчин; 10 - цементний розчин.
Двоступінчасті (двоциклового) Цементування
Двоступінчастим цементуванням називається роздільне послідовне цементування двох інтервалів в стовбурі свердловини (нижнього і верхнього).
Цей спосіб в порівнянні з попереднім має ряд переваг. Зокрема, він дозволяє: знизити гідростатичний тиск на пласт при високих рівнях підйому цементу; істотно збільшити висоту підйому цементного розчину в затрубному просторі без значного зростання тиску нагнітання; зменшити забруднення цементного розчину від змішання його з промивної рідиною в затрубному просторі; уникнути впливу високих температур на властивості цементного розчину, використовуваного у верхньому інтервалі, що, у свою чергу, дозволяє більш правильно підбирати цементний розчин за умовами цементованої інтервалу.
Для здійснення двоступінчастого цементування в обсадної колони на рівні, відповідному кордоні двох цементуючих інтервалів, встановлюють спеціальну заливальне муфту (рис. 10.2).
Підготовку свердловини до цементування ведуть тим же шляхом, що був описаний вище. Після промивання свердловини і встановлення на колону цементувальних головки приступають до закачування першої порції цементного розчину, відповідним
Рис. 10.2. Заливальне муфта для ступеневого цементування:
а, б - при цементуванні першого та другого ступенів:
1 - корпус; 2,5 - верхнє і нижнє сідло; 3, 6 - верхня і нижня втулка; 4 - заливальні отвори
Після того, як закачали обсяг продавочной рідини, що дорівнює внутрішньому об'єму обсадної колони в інтервалі між заливальної муфтою і наполегливою кільцем, звільняють знаходиться в цементувальних голівці нижню пробку другого ступеня. Досягнувши заливальної муфти, пробка сідає у втулку і під тиском зміщує її вниз, відкриваючи наскрізні отвори в муфті (рис. 10.2, б). Сигналом відкриття отворів є різке падіння тиску нагнітання. Існують два різновиди способу двоступінчастого цементування. За однією з них тампонажний розчин для цементування другого ступеня закачують негайно за нижній пробкою другого ступеня - це так званий спосіб безперервного цементування. В іншому випадку після відкриття отворів у заливальної муфті відновлюють циркуляцію бурового розчину, а тампонажний розчин другого ступеня подають у свердловину через деякий час, наприклад, необхідний для схоплювання розчину першої порції, - таке цементування називається двоступінчастим з розривом.
Цей спосіб дозволяє підвищити якість цементування нижнього інтервалу за рахунок регулювання гідродинамічного тиску в затрубному просторі.
Третю пробку (верхня пробка другого ступеня) вводять в колону після подачі всього розрахункового обсягу розчину для цементування другого ступеня. За третьою пробкою в свердловину нагнітають продавочной рідина. Ця пробка затримується в заливальної муфті і під тиском зміщує вниз втулку, яка перекриває отвори. Різке підвищення тиску сигналізує про завершення цементування. Після цього свердловину залишають у спокої для формування цементного каменю.
Манжетні СПОСІБ Цементування
Манжетні спосіб цементування застосовують у тих випадках, коли необхідно не допустити забруднення цементним розчином продуктивних горизонтів з низьким пластовим тиском або уникнути попадання цементного розчину в зону розташування фільтра. Проти нижньої позначки інтервалу цементірвоанія в обсадної колони встановлюють муфту з прохідними отворами для пропуску розчину в затрубний простір і металевою або брезентової манжетою зовні (мал. 10.3).
Рис. 10.3. Манжета для манжетної цементування.
1 - обсадна труба; 2 - заливальні отвори; 3 - манжета; 4 - муфта, 5 - клапан
.
СПОСІБ ЗВОРОТНОГО Цементування
Під зворотним цементуванням розуміється такий спосіб, коли цементний розчин з поверхні закачують прямо в затрубний простір, а що знаходиться там буровий розчин через черевик надходить в обсадних колон і по ній виходить на поверхню.
Спосіб зворотного цементування вже давно привертає увагу фахівців, проте широкого промислового застосування поки не отримав з-за деяких технічних труднощів, і в першу чергу складності контролю моменту досягнення цементним розчином низу обсадної колони і надійного забезпечення високої якості цементування в цій найбільш відповідальної частини.
Цементування Потаємна КОЛОН І СЕКЦІЇ
Спуск обсадної колони секціями, а також потайний колони здійснюють на колоні бурильних труб, з якою вони з'єднані Перевідники з лівою різьбою. Для цементи нування секцій і потаємних колон використовують спосіб од-ноціклового цементування з одного розділовою пробкою. Вона складається з двох частин: прохідний пробки, що має зовнішній діаметр, відповідний внутрішньому діаметру цементованих труб (вона закріплюється шпильками на роз'єднувачі нижнього кінця бурильної колони), і пружною пробки малого діаметру, яка може вільно проходити по колоні бурильних труб.
Пружну пробку вводять в бурильну колону слідом за там-понажним розчином, під тиском продавочной рідини вона опускається до прохідної пробки і затримується в ній. Під впливом зростаючого тиску шпильки, які утримують прохідну пробку на бурильної колоні, зрізаються, і обидві пробки як одне ціле переміщаються вниз до упорного кільця. Сигналом повного продавлювання розчину в затрубний простір служить підвищення тиску нагнітання.
Для промивання колони бурильних труб від залишився в них цементного розчину в нижньому Перевідники за допомогою кулі, що скидається в колону, відкривають проточні отвори. Потоком промивної рідини залишки цементного розчину вимиваються з колони.
1.4.Осложненія при цементуванні стовбура свердловини
Газонафтоводопроявів і гріфонообразованія - це серйозний вид ускладнень при бурінні нафтових і газових свердловин, що вимагають тривалих і дорогих ремонтних робіт. Буріння, особливо розтин продуктивного газового пласта, за певних обставин може призвести до значного надходженню флюїду в свердловину в процесі буріння і в заколонного простір після цементування. У деяких випадках надходження флюїду може перейти в газонафтоводопроявів з подальшим розвитком у грифони, газові або нафтові фонтани, завдають величезних економічних збитків. Особливо популярні вони при бурінні газових свердловин в зонах з АВПД.
На ряді родовищ, особливо з аномально високими пластовими тисками, спостерігаються численні випадки заколонних газо-нефтепроявленій після цементування обсадних колон.
Тривало діючі пропуски газу призводять до насичення вищерозміщених пористих горизонтів.
Значні витрати коштів і часу на ліквідацію фонтанів, грифонів і проявів могли б бути знижені або зведені до нуля при правильному встановленні природи газонефтепроявленій, їх причини, проведення низки організаційно-технічних та профілактичних заходів.