124009 (689750), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Основное требование к тампонажным растворам состоит в том, что они должны сохранять достаточно высокую подвижность в течение всего периода подачи их в интер­вал цементирования и затем быстро затвердевать, дости­гая прочности, достаточной для возобновления работ в сква­жине.

Формирование цементного камня из тампонажного рас­твора происходит с участием воды как необходимого компо­нента, поэтому одна из основных характеристик раствора — его водосодержание, которое оценивается водоцементным отношением. Водоцементное отношение — это отношение массы воды к массе цемента. Для стандартных тампонажных портландцементов водоцементное отношение может изме­няться в пределах 0,4 — 0,6.

Тампонажный раствор характеризуется рядом свойств. Среди них наиболее важны плотность, подвижность (расте-каемость), седиментационная устойчивость, показатель филь­трации, структурная вязкость, динамическое напряжение сдвига, время загустевания, сроки схватывания. Свойства тампонажного раствора зависят от химико-минералогическо­го состава основы, состава жидкости затворения, состава, строения и концентрации наполнителей, концентрации и ак­тивности химических добавок, режима приготовления и пе­ремешивания раствора и изменяются в зависимости от дейст­вия таких факторов, как температура и давление.

По плотности тампонажные растворы подразделяются на легкие (до 1300 кг/м³), облегченные (1300—1750 кг/м³), нор­мальные (1750 — 1950 кг/м³), утяжеленные (1950 — 2200) и тяже­лые (выше 2200 кг/м³). При водоцементном отношении 0,5 стандартный раствор из портландцемента имеет плотность 1810—1850 кг/м³. С повышением водоцементного отношения плотность раствора снижается. Имеются тампонажные це­менты, позволяющие приготовлять утяжеленные растворы плотностью 2060 — 2160 кг/м³ (УЦГ-1, УШЦ-1) и тяжелые рас­творы плотностью до 2250 кг/м³ (УЦГ-2, УШЦ-2). Повышение плотности достигается также введением утяжелителей в тампонажный раствор.

Чрезвычайное разнообразие условий в скважинах, их пе­ременчивость по стволу скважины в интервале цементирова­ния, влияние различных факторов на свойства тампонажного раствора обусловливают необходимость регулирования его первоначальных свойств путем уточнения состава основных вяжущих материалов и введения дополнительных веществ.

Все вводимые в тампонажный раствор вещества можно подразделить на группы:

добавки (кварцевый песок, шлаки и т.п.), которые в опре­деленных условиях взаимодействуют с вяжущим материалом основы и участвуют в процессе формирования цементного камня;

химические реагенты, которые, как правило, вводят в во­ду затворения для воздействия на реологические свойства тампонажного раствора, показатель фильтрации и сроки его схватывания;

наполнители (целлофан, асбест, шелуха, различные волок­на, слюда), инертные по отношению к основному вяжущему материалу.

В зависимости от конкретных условий возникает необхо­димость изменения сроков начала схватывания: их увеличе­ния при цементировании в глубоких скважинах с высокими забойными температурами и высоким давлением и их умень­шения, если цементировочные работы ведутся на небольших глубинах. Начало схватывания тампонажного раствора удает­ся изменять введением химических реагентов. По характеру воздействия на время схватывания они подразделяются на ус­корители и замедлители. Ускорители интенсифицируют про­цесс гидратации частиц в растворе, способствуя образованию коагуляционной и кристаллизационной структур и сокраще­нию срока начала схватывания. К ускорителям относятся хлориды кальция, алюминия, натрия и цинка, каустическая и кальцинированная сода и др. Хлористый натрий является ус­корителем, если его дозировка не превышает 2 —3 %, в боль­шем количестве он оказывает обратное действие.

Замедлители, адсорбируясь на поверхности частиц вяжу­щего материала, снижают темп их гидратации и увеличивают срок начала схватывания. В качестве замедлителей использу­ют ССБ, КМЦ, гипан, виннокаменную кислоту и другие реа­генты.

Количество химических реагентов определяют лаборатор­ным путем в зависимости от характера скважины, способа цементирования и сорта тампонажного цемента.

1.3.Организация процесса цементирования

Технология цементирования складывалась на основе многолетнего практического опыта и совершенствова­лась с использованием достижений науки и техники. На со­временном уровне она включает систему отработанных норм и правил выполнения цементировочных работ, а также типо­вые схемы организации процесса цементирования.

В каждом конкретном случае технологию цементирования уточняют в зависимости от конструкции и состояния ствола скважины, протяженности цементируемого интервала, горно-геологи­ческих условий, уровня оснащенности техническими средства­ми и опыта проведения цементировочных работ в данном районе.

Применяемая технология должна обеспечить: цементирова­ние предусмотренного интервала по всей его протяженности; полное замещение промывочной жидкости тампонажным рас­твором в пределах цементируемого интервала; предохранение тампонажного раствора от попадания в него промывочной жидкости; получение цементного камня с необходимыми ме­ханическими свойствами, с высокой стойкостью и низкой проницаемостью; обеспечение хорошего сцепления цементно­го камня с обсадной колонной и стенками скважины.

При разработке технологии цементирования для конкрет­ных условий прежде всего подбирают способ. Он должен обеспечить подъем тампонажного раствора на заданную вы­соту, заполнение им всего предусмотренного интервала (а ес­ли есть необходимость, то и защиту некоторого интервала от проникновения тампонажного раствора), предохранение тампонажного раствора от попадания в него промывочной жидкости при движении по обсадной колонне.

Исследованиями установлено, что наиболее полное заме­щение промывочной жидкости происходит при турбулент­ном режиме (98 %), худшие показатели (42 %) получают при структурном режиме. Для наиболее полного замещения про­мывочной жидкости рекомендуется ряд мероприятий:

тщательное регулирование реологических свойств промы­вочной жидкости, заполняющей скважину перед цементиро­ванием, с целью снижения вязкости и статического напряже­ния сдвига до минимально допустимых значений;

нагнетание тампонажного раствора в затрубное простран­ство со скоростями течения, обеспечивающими турбулент­ный режим;

применение соответствующих буферных жидкостей на разделе промывочной жидкости и тампонажного раствора;

расхаживание или вращение обсадной колонны при пода­че тампонажного раствора в затрубное пространство;

применение полного комплекса технологической оснастки обсадной колонны.

При разработке технологии подбирают тампонажный материал, рецептуру и свойства тампонажного раствора, определяют режим закачки и продавливания тампонажного раствора, суммарную продолжительность цементировочных работ и промежуток времени, необходимый для формиро­вания в затрубном пространстве цементного камня с доста­точной прочностью, позволяющей возобновить работы в скважине.

Цементирование обсадной колонны можно представить как цепочку ряда процессов и операций: подготовка ствола скважины к цементированию; цементирование затрубного пространства (приготовление и закачка тампонажного раствора в скважину, продавливание цементного раствора в затрубное пространство); ожидание затвердения цемента (ОЗЦ): при цементировании кондуктора ОЗЦ обычно длится 5 — 8 ч, при цементировании промежуточных и эксплуата­ционных колонн — от 1 до 24 ч; проведение контрольных замеров для определения качества цементирования, испытание обсадной колонны на герметичность, разбуривание цементного стакана в колонне, проверка герметичности изо­ляции затрубного пространства.

Рассмотрим наиболее распространенные способы цемен­тирования.

ОДНОЦИКЛОВОЕ ЦЕМЕНТИРОВАНИЕ С ДВУМЯ ПРОБКАМИ

Способ одноциклового цементирования с дву­мя пробками (рис. 10.1) был предложен в 1905 г. бакинским инж. А.А. Богушевским.

По этому способу после завершения подготовительных работ в колонну вводят нижнюю пробку с проходным кана­лом, временно перекрытым диафрагмой.

На верхний конец колонны навинчивают цементиро­вочную головку и приступают к закачке тампонажного раствора, который тут же приготавливают в смесительной установке. Когда весь расчетный объем цементного раствора закачан в скважину, освобождают верхнюю пробку, которая до этого удерживалась в цементировочной головке фикса­тором.

Начиная с этого момента в обсадную колонну подают продавочную жидкость, под давлением которой верхняя пробка вытеснит вниз столб цементного раствора. Вследст­вие своей более высокой плотности цементный раствор под собственным весом вытесняет промывочную жидкость, что отмечается по падению давления на цементировочной го­ловке.

Как только нижняя пробка достигнет упорного кольца (стоп-кольца), давление над ней повысится и под его воздей­ствием диафрагма, перекрывающая канал в нижней пробке, разрушится; при этом наблюдается повышение давления на 4 — 5 МПа. После разрушения диафрагмы раствор начинает поступать в затрубное пространство.

Объем продавочной жидкости, закачанной в скважину, не­прерывно контролируют. Когда по окончании продавки оста­ется 1 — 2 м³ продавочной жидкости, интенсивность подачи резко снижают. Закачку прекращают, как только обе пробки (верхняя и нижняя) войдут в контакт; этот момент отмечается по резкому повышению давления на цементировочной го­ловке. В обсадной колонне под упорным кольцом остается не­которое количество раствора, образующего стакан высотой 15—20 м. Если колонна оснащена обратным клапаном, то можно приоткрыть краны на цементировочной головке и снизить давление.

Рис. 10.1. Схема этапов выполнения одноцпклового цементирования обсад­ной колонны:

/ — начало подачи цементного раствора в скважину; II — подача закачанной порции цементного раствора по обсадной колонне; III — начало продавки в затрубное пространство; IV — окончание продавки; 1 — манометр; 2 — цементировочная головка; 3, 4 — верхняя и нижняя пробки; 5 — цементируемая обсадная колонна; 6 — стенки скважины; 7 — стон-кольцо; 8 — продавочная жидкость; 9 — буровой раствор; 10 — цементный раствор.

ДВУХСТУПЕНЧАТОЕ (ДВУХЦИКЛОВОЕ) ЦЕМЕНТИРОВАНИЕ

Двухступенчатым цементированием называется раздельное последовательное цементирование двух интерва­лов в стволе скважины (нижнего и верхнего).

Этот способ по сравнению с предыдущим имеет ряд пре­имуществ. В частности, он позволяет: снизить гидростатичес­кое давление на пласт при высоких уровнях подъема цемента; существенно увеличить высоту подъема цементного рас­твора в затрубном пространстве без значительного роста давления нагнетания; уменьшить загрязнение цементного рас­твора от смешения его с промывочной жидкостью в затруб­ном пространстве; избежать воздействия высоких темпера­тур на свойства цементного раствора, используемого в верх­нем интервале, что, в свою очередь, позволяет более правиль­но подбирать цементный раствор по условиям цементируе­мого интервала.

Для осуществления двухступенчатого цементирования в обсадной колонне на уровне, соответствующем границе двух цементирующих интервалов, устанавливают специальную за­ливочную муфту (рис. 10.2).

Подготовку скважины к цементированию ведут тем же пу­тем, что был описан выше. После промывки скважины и ус­тановки на колонну цементировочной головки приступают к закачке первой порции цементного раствора, соответствую-

Рис. 10.2. Заливочная муфта для ступенчатого цементирования:

а, б — при цементировании первой и второй ступени:

1 — корпус; 2,5 — верхнее и нижнее седло; 3, 6 — верхняя и нижняя втулка; 4 — заливочные отверстия

щ ей цементируемому объему первой ступени. Закачав нуж­ный объем цементного раствора, в колонну вводят верхнюю пробку первой ступени, которая беспрепятственно проходит через заливочную муфту (рис. 10.2, а). Продавочной жидкос­тью вытесняют раствор в затрубное пространство.

После того, как закачали объем продавочной жидкости, равный внутреннему объему обсадной колонны в интервале между заливочной муфтой и упорным кольцом, освобождают находящуюся в цементировочной головке нижнюю пробку второй ступени. Достигнув заливочной муфты, пробка садит­ся во втулку и под давлением смещает ее вниз, открывая сквозные отверстия в муфте (рис. 10.2, б). Сигналом откры­тия отверстий является резкое падение давления нагнетания. Существуют две разновидности способа двухступенчатого це­ментирования. По одной из них тампонажный раствор для цементирования второй ступени закачивают тотчас за ниж­ней пробкой второй ступени — это так называемый способ непрерывного цементирования. В другом случае после откры­тия отверстий в заливочной муфте возобновляют циркуляцию бурового раствора, а тампонажный раствор второй ступени подают в скважину спустя некоторое время, например, тре­буемое для схватывания раствора первой порции, — такое цементирование называется двухступенчатым с разрывом.

Этот способ позволяет повысить качество цементирова­ния нижнего интервала за счет регулирования гидродинамиче­ского давления в затрубном пространстве.

Третью пробку (верхняя пробка второй ступени) вводят в колонну после подачи всего расчетного объема раствора для цементирования второй ступени. За третьей пробкой в сква­жину нагнетают продавочную жидкость. Эта пробка задер­живается в заливочной муфте и под давлением смещает вниз втулку, которая перекрывает отверстия. Резкое повышение давления сигнализирует о завершении цементирования. После этого скважину оставляют в покое для формирования це­ментного камня.

Характеристики

Список файлов курсовой работы