1. 1 Функции и классификация промывочных жидкостей при бурении скважин
 Скачать 97.07 Kb.
|
|
Порошкообразный материал загружается в силосы пневмотранспортом при помощи компрессора. При этом материал отделяется от воздуха и воздух выходит в атмосферу через фильтр. При необходимости подачи порошка в гидроэжекторный смеситель сначала аэрируют материал в силосе, чтобы исключить его зависание на стенках при опорожнении силоса, затем открывают заслонку для обеспечения подачи материала в подводящий гафрированный шланг. Жидкость, прокачиваемая насосом через штуцер гидросмесителя создает в камере смесителя разряжение, а так как в силосе поддерживается атмосферное давление, то на концах гафрированного шланга создается перепад давления под действием которого порошок перемещается в камеру гидросмесителя, где смешивается с жидкостью. Воронка гидросмесителя служит для подачи материала в зону смешивания вручную. БлокБПР-70 оборудован гидравлическим измерителем массы порошкообразного материала ГИВ-М. На неподвижной части силоса смонтировано разгрузочное устройство, включающее тарельчатый питатель, пневматический эжектор и гидравлический смеситель, который может устанавливаться как на площадке блока, так и на емкости ЦС буровой установки. В последнем случае применяется шиберный затвор с аэратором в верхней его части. Подача порошкообразного материала регулируется изменением положения специального ножа, входящего в комплект питателя. Широкое распространение в последние годы за рубежом получила технология приготовления буровых растворов с помощью автономного блока фирмы «Халибуртон». Порошкообразный материал поступает на буровую остановку в мешках, контейнерах или металлических емкостях на передвижных средствах. Спомощьюпневматическогоперегрузчика (вакуум-компрессора и перегрузочного бункера) материал транспортируется пневмотранспортом в бункер-хранилище. Практически 4 т порошка перегружаются из бункера в бункер-хранилище за 5-6 мин при рабочем давлении пневмотранспорта 0,2 МПа. По мере необходимости приготовления раствора порошкообразный материал перемещается в расходные бункера через нижние отводы, создавая при этом избыточное давление (0,07-0,08 МПа) в верхней части бункера хранилища при помощи вакуум компрессора. Подведенный к расходным бункерам воздух позволяет аэрировать порошок и интенсифицировать его подачу в воронку гидроэжекторного смесителя. Допустимое давление при этом –0,02 МПа. Расходпорошкарегулируетсяположениемзаслонкиидавлениемаэрации. Технологияприготовленияраствора в системе «Халибуртон». В один из секторов емкости заливают расчетное количество дисперсионной среды и центробежным насосом прокачивают ее через гидро-эжекторный смеситель с загрузочными воронками . после стабилизации подачи насоса подают воздух к расходному бункеру и устанавливают давление на воздушной линии 0,015 –0,02 МПа. Открываютдоопределенногоположениянижнююзаслонкурасходногобункераиподаютсопределеннойскоростьюпорошоквзагрузочнуюворонку . Засчетгидро-вакуума, созданного центробежным насосом, в камере гидроэжекторного смесителя, порошкообразный материал засасывается в камеру эжектора и смешивается с потоком дисперсионной среды. Полученная таким образом гомогенная суспензия поступает снова в тот же отсек емкости. Круговая циркуляция по схеме емкость –насос-камераэжектора -емкостьпродолжаетсядотехпор, покарасчетноеколичествопорошкообразногоматериаланепопадетвпоток. Послеэтогодоступматериалавворонкупрекращают, закрывнижнююзаслонкурасходного бункера и прекратив подачу воздуха. Аналогично осуществляют утяжеление раствора. Количество израсходованного материала определяют по индикатору веса расходного бункера. После тщательного перемешивания раствора с помощью механических перемешивателей его при необходимости подвергают химической обработке. Для обработки сухим реагентом или добавки в малых дозах бентонита в ЦС установлена дополнительная гидроворонка с аэрожолобом и или вибрационным побудителем перемещения порошка. В случае применения жидких реагентов используют вертикальную цилиндрическую емкость объемом до 1,5 м3, оборудованную механической мешалкой, подогревателем и сливным патрубком. 1.6 Назначение и требования к тампонажным материалам Для качественного осуществления процесса цементирования необходимо использовать составы тампонажных материалов в зависимости от конкретной ситуации. Выбор и регулирование свойств тампонажных материалов определяется в основном условиями подземного сооружения. К наиболее важным факторам, определяющим выбор тампонажных материалов, следует отнести забойную температуру, перепад температур между верхней и нижней отметками глубины расположения тампонажного раствора, давление пластовое, состав и свойства пластовых флюидов. Требования к тампонажным материалам для цементирования нефтяных и газовых скважин в основном определяются геолого-техническими условиями в скважинах. Проблема выбора материалов сложна. Тампонажный раствор должен оставаться подвижным во время транспортирования в заколонное пространство и сразу же после прекращения процесса затвердеть в безусадочный камень с определенными физико-механическими свойствами. Указанные процессы происходят в стволе скважины сложной конфигурации, где температуры и давления изменяются с глубиной, имеются поглощающие и высоконапорные пласты, а также пласты с наличием минерализованных вод, нефти и газа. При таких изменяющихся условиях один тип цемента или одна и та же рецептура тампонажного раствора не могут быть одинаково приемлемы. Один тип цемента не может отвечать всем требованиям, связанным с разнообразием условий даже в одной скважине. Назначение и требования к тампонажным растворам Тампонажные растворы применяются при креплении обсадных колонн к стенкам скважины, а также при ремонте скважин. В отличие от буровых растворов тампонажные способны превращаться в твердое тело. В подавляющем количестве случаев в качестве вяжущего вещества в тампонажных растворах используется портландцемент.Исходя из основных функций образующегося в скважине цементного камня и, принимая во внимание особенности технологии процесса цементирования, к тампонажному раствору и формирующемися из него камню предъявляются следующие требования: Тампонажный раствор должен быть легко прокачиваемым. Прокачиваемость тампонажных растворов условно характеризуется растекаемостью по конусу АзНИИ, консистенцией в условных единицаx, динамическим напряжением сдвига и структурной вязкостью. Плотность цементного раствора должна быть выше плотности промывочной жидкости, вместе с тем давление на стенки скважины при цементировании не должно превышать давление гидроразрыва пласта. Отделение фильтрата из тампонажного раствора должно быть минимальным, это диктуется необходимостью предотвратить загрязнение приствольной зоны пласта, преждевременное загустевание раствора. Тампонажные растворы должно быть седиментационно устойчивыми, что способствует формированию цементного камня с одинаковой плотностью по всему зацементированному интервалу, снижает вероятность образования каналов в камне и на контактах со стенкой скважины. Назначение и требования к цементному камню: 1. Разобщение пластов, их изоляции, т. е. образование в стволе безусадочного тампона, внутреннюю часть которого составляет колонна обсадных труб. Важным условием является равномерная толщина цементного камня со всех сторон. Толщина цементного кольца не определяет качества разобщения пластов, однако влияет на формирование цементного камня или предопределяет его отсутствие. 2. Удержание обсадной колонны (ОК) от всевозможных перемещений; проседания под действием собственного веса, температурных деформаций, деформаций вследствие возникновения перепадов давления в колонне, Ударных нагрузок, вращений и т. д. 3. Защита ОК от действия коррозионной среды. 4.Повышение работоспособности ОК с увеличением сопротивляемости повышенным внешнему и внутреннему давлениям. Естественно, цементное кольцо должно быть сплошным и иметь при этом определенную физико-механическую характеристику. 5. Сплошное цементное кольцо, приобретая в процессе формирования камня способность к адгезии (цементный камень сцепляется с металлом труб, образуя интерметаллический слой), создает предпосылки к еще большему повышению сопротивляемости высоким внешним и внутренним давлениям. Эксплуатация скважин требует устойчивой работы крепи, что обеспечивается формированием цементного камня вдоль ствола и заполнением им всего заколонного пространства, соответствием свойств камня (и всей крепи) требованиям, обусловленным внешними воздействиями (нагрузки, коррозия и т. д.). Количественно оценить все факторы сложно, что объясняется скудностью исследовательского материала, сложностью моделирования процессов и сложностью получения достоверных результатов. Основные трудности при этом заключаются в отсутствии информации (почти полное) об условиях, в которых предстоит формироваться цементному камню, и о свойствах материала, который образуется в скважине в результате замещения им бурового раствора. 1 Технического характера: 1 хорошая текучесть; 2 способность проникать в любые поры и микротрещины; 3 отсутствие седиментации; 4 хорошая сцепляемость с обсадными трубами и горными породами; 5 восприимчивость к обработке с целью регулирования свойств; 6 отсутствие взаимодействия с тампонируемыми породами и пластовыми водами; 7 устойчивость к размывающему действию подземных вод; 8 стабильность при повышенных температуре и давлении; 9 отсутствие усадки с образованием трещин при твердении. 2 Технологического характера: 1 хорошая прокачиваемость буровыми насосами; 2 небольшие сопротивления при движении; 3 малая чувствительность к перемешиванию; 4 возможность комбинирования с другим раствором; 5 хорошая смываемость с технологического оборудования; 6 легкая разбуриваемость камня. 3 Экономического характера: 1 сырье должно быть недефицитным и недорогим; 1.7 Классификация тампонажных материалов В зависимости от вида вяжущего материала тампонажные материалы делятся на: 1 тампонажный цемент на основе портландцемента; 2 тампонажный цемент на основе доменных шлаков; 3 тампонажный цемент на основе известково-песчаных смесей; 4 прочие тампонажные цементы (белиловые и др.). При цементировании скважин применяют только два первых вида - тампонажные цементы на основе портландцемента и доменных шлаков. По физико-химической природе твердеющие базовые тампонажные материалы можно разделить на две группы: водостойкие и неводостойкие. Неводостойкие тампонажные материалы можно применять в тех случаях, когда тампонажный материал не контактирует с напорными водами. По характеру применения тампонажные материалы можно разделить на три группы: базовые тампонажные цементы, пригодные как для непосредственного применения, так и в качестве основы для получения специальных (модифицированных) тампонажных цементов; модифицированные тампонажные цементы, называемые также тампонажными смесями; специальные добавки к тампонажным материалам для их модифицирования, некоторые из них могут отдельно применяться в качестве тампонажных материалов. По температурным условиям применения тампонажные материалы подразделяются: для низких температур (<15 С); для нормальных температур (15-40 С); для повышенных температур (40-90 С); для высоких температур (90-160 С); для сверхвысоких температур (>160 С). По плотности приготовляемх растворов тампонажные материалы делятся на: нормальные 1650-1950 кг/м3; облегченные 1400-1700 кг/м3; легкие <1400 кг/м3; утяжеленные 1950-2300 кг/м3; тяжелые >2300 кг/м3. По особым свойствам тампонажные материалы классифицируются на: быстросхватывающиеся; медленносхватывающиеся; коррозионностойкие к определенным средам; расширяющиеся; с закупоривающими свойствами; с особо высокой подвижностью; с низкой водоотдачей; армированные волокнами. По области применения тампонажные материалы подразделяются: 1 для цементировочных работ в нефтяных, газовых, геологических и глубоких скважинах другого назначения; 2 для тампонирования закрепного пространства шахт, тоннелей и других подобных сооружений; 3 для тампонирования грунтов в гидротехническом и шахтном строительстве; 4 для сооружения траншейных стенок. Возможны и другие области применения, требующие специальных тампонажных материалов. Большинство из известных минеральных вяжущих веществ может быть использовано в качестве базовых тампонажных материалов. К важнейшим из них относятся: портландцемент; металлургические шлаки; кальциево-силикатные вяжущие вещества гидротермального твердения; магнезиальные вяжущие вещества; глиноземистый и гипсоглиноземистый цементы; гипсовые вяжущие вещества; вяжущие вещества на основе водорастворимых силикатов; органические и органо-минеральные связующие на основе полимеров. 1.8 Основные свойства тампонажных материалов, растворов цементного камня, приборы для их контроля Свойства тампонажных материалов и приборы для их контроля Насыпная масса - масса порошка, вмещающаяся в емкость объемом 1 м3. Эта масса непостоянна, она зависит от степени дисперсности и степени уплотнения (например, самоуплотнения при транспортировке). Насыпная масса тампонажных цементов в рыхлом (свеженасыпном) состоянии составляет 800-1200 кг/м3 , в уплотненном состоянии 1700-1900 кг/м3 . Тонкость помола цементного порошка должна быть такой, чтобы при просеивании через сито номер 008 проходило не менее 85 % от массы пробы. Взвешивается 500 гр. Сухого цементного порошка, просеивается через сито номер 008, затем взвешивается часть цемента прошедшего через сито и определяется остаток в процентном соотношении. Плотность частиц цементного порошка имеет большое значение для технологических свойств таипонажных растворов. Поскольку тампонажные портландцементы состоят из нескольких компонентов, а зерна некоторых компонентов также неоднородны по минералогическому составу, то правильно говорить не о плотности, а о средней объемной массе частиц цементного порошка. Плотность цементного порошка измеряется с помощью пикнометра. Другой более точный метод заключается в приготовлении водоцементной суспензии известкового состава и определении ее плотности с помощью ареометра, а также взвешиванием мерного стакана на рычажных весах и чашечных весах. Свойства тампонажных растворов и приборы для их контроля Свойства цементного раствора зависят от многих факторов, таких как химико-минеральный состав, качество и количество наполнителей, водоце-ментное отношение, количество и природа химических наполнителей, режим перемешивания, температура, давление и др. Основные свойства цементного раствора применительно к скважинам следующие: водосодержание, подвижность (растекаемость), плотность, показатель фильтрации, динамическое сопротивление сдвигу, структурная вязкость, седиментационная устойчивость, время загустевания, сроки схватывания и некоторые другие. К свойствам цементного камня следует отнести механическую прочность, проницаемость, объемные изменения, коррозионную устойчивость в агрессивных средах и модуль упругости. Свойства цементных растворов и камня могут быть изменены введением наполнителей, активных добавок или обработкой химическими реагентами. Водосодержание. Водосодержание характеризуется водоцементным отношением, т.е. отношением массы воды к массе твердого тампонажного материала. Для стандартных тампонажных портландцементов с удельной поверхностью 2500 - 3500 см2/г водоцементное отношение может колебаться в пределах от 0,5 до 0,6. Растекаемость. Важное свойство цементного раствора - подвижность, которую в начальный момент после затворения определяют с помощью усеченного конуса АзНИИ путем отсчета среднего диаметра расплывшего¬ся раствора в двух направлениях (наибольшее и наименьшее). Плотность. Одна из важных характеристик цементного раствора. Она зависит от плотности сухих тампонажных материалов и жидкости затворения, а также от водоцементного отношения. Это практически единственный показатель качества раствора, контролируемый в процессе его приготовления и транспортирования в скважину. Для стандартного цементного раствора при В/Ц = 0,5 (в соответствии с требованиями ГОСТ 1581-85) его расчетная плотность составляет 1,81 - 1,85 кг/м3. В промысловых условиях ее чаще всего определяют с помощью ареометров АГ-1 и АГ-2 в каждой точке затворения независимо от наличия станции контроля цементирования СКЦ, которая обеспечивает автоматическую регистрацию и запись средней плотности закачиваемого в скважину раствора. Непрерывный контроль плотности тампонажного раствора достигается применением радиоактивных плотномеров. |