Буровые и тампонажные растворы. И. О. Фамилия Проверил подпись
 Скачать 73.37 Kb.
|
Основные технологические параметры ТРЦементное тесто - это смесь цемента и воды. Цемент перед началом испытания просеивают через сито с ячейкой 80 мкм. Водно-цементное отношение (т.е. В/Ц) - это отношение объёма воды и веса цемента. Тесто готовят вручную внутри сферической чаши 3 минуты или в специальных мешалках в течении 5-ти мин. Растекаемость, см – понятие, определяющее текучесть (подвижность) цементных растворов. Плотность, г/см3 – понятие, определяющее отношение массы цементных растворов к их объёму. Фильтрация (водоотдача), см3 за 30 минут – понятие, определяющее объём жидкости затворения, который отфильтрован за 30 минут в процессе пропускания цементного раствора сквозь бумажный фильтр с ограниченной площадью под давлением в 1 атмосферу. Седиментационная устойчивость цементных растворов – определяется водоотделением, другими словами, максимальным количеством вод, способных выделиться из цементных растворов при процессе седиментации. Время загустевания (час: мин, начало-конец) – это время до потери текучести. Срок схватывания (час: мин, начало-конец) – служит для определения времени перехода цементных растворов в твёрдое состояние (в цементный камень). Требования к тампонажным камням Достаточный уровень механической прочности. Непроницаемость для пластовых вод, бурового раствора, газа. Стойкость относительно коррозионного воздействия пластовой воды. Температурная стойкость. Гарантия сохранение объёма при упрочнении и твердении. Минимальная экзотермия. Степень требований к предъявляемым параметрам находится в зависимости от целей тампонирования. У тампонажного камня измеряют следующие характеристики: прочность на сжатие и изгиб; коррозионные свойства; проницаемость; объёмные изменения при процессе твердения. Материалы для приготовления тампонажных смесей В качестве вяжущих материалов в практике тампонажных работ наиболее часто применяют цементы, гипс, известь, синтетические смолы. Портландцемент представляет собой порошкообразный вяжущий материал, в состав которого входят высокоосновные силикаты кальция, оксиды глинозема, железа и другие примеси. Содержание основных оксидов в портландцементе колеблется в следующих пределах: 60-66% оксида кальция, 18-25% кремнезема, 4-8% глинозема, 0,5-5% оксида железа, 0,1-5% оксида магния. Свойства портландцемента могут меняться в зависимости от состава клинкера. Портландцемент имеет плотность 3,1-3,15 г/см3, насыпную массу -900-1100 кг/м3 и удельную поверхность — 250-400 м2/кг. Глиноземистый цемент - быстротвердеющее вяжущее вещество, в составе которого преобладают низкоосновные алюминаты кальция. Глиноземистый цемент получают обжигом до спекания или плавления сырьевой смеси, состоящей из известняка и бокситов, с последующим размолом. В состав цемента входят: глинозем - 40%, окись кальция - 40%, окись кремния - 10% и оксиды железа - 9%. Цементный камень из глиноземистого цемента характеризуется большой прочностью и водонепроницаемостью по сравнению с портландцементом. Он имеет меньшие сроки схватывания, чем портландцемент, но более дорогой. Гипс представляет собой полугидрат CaSO4*5H2O и отличается от строительного гипса способом производства и более высокой прочностью. Плотность гипса 2,5-2,75 г/см3. Гипс - быстросхватывающее вещество, используется в основном для приготовления быстросхватывающихся смесей (БСС). Известь получают из мергелистых известняков путем их обжига при 900°С, с последующим их помолом. Плотность извести колеблется от 1.8 до 2,6 г/см3. Она применяется в специальных тампонажных смесях и замедляет сроки их схватывания. Глина может использоваться при тампонировании скважин в качестве самостоятельного материала. Кроме того, известь выполняет функции структурообразователя и активной минеральной добавки к цементным и известняковым растворам. Смолы представляют собой высокомолекулярные органические соединения (полимеры). Они используются для борьбы с поглощениями. Применяются следующие составы смол: Карбамидные смолы: мочевиноформальдегидные (МФ-17, МФ-60, М- 270, М-19-62, КС-68 «Б», М-3), меламиномочевиноформальдегидные (ММФ-50), мочевиноформальдегиднофурфуроловые (МФФ-М), карбомидформальдегидные (КФ-Ж). Они представляют собою жидкости от белого до темно-коричневого цвета, плотностью 1,17-1,5 г/см3. Прочность камня довольно высокая: при сжатии - 250 МПа, при изгибе - до 120 МПа. В качестве отвердителя этих смол используют соли и кислоты: щавелевую, реже лимонную, соляную, фосфорную, а из солей: хлорное железо, хлорный цинк, хлористый аммоний. Наиболее широко в качестве отвердителя применяются соляная и щавелевая кислоты и виде водного раствора. Общее содержание воды в рабочем растворе смолы не должно превышать 50.% В целях безопасности соляная кислота применяется в виде 10%-ного раствора, а щавелевую кислоту можно добавлять в порошкообразном виде. Латекс применяется в разведочном бурении в основном для ликвидации поглощений промывочной жидкости. Это молочно-белая жидкость, плотностью 0.96% - 0,97% г/см, с содержанием воды до 56% и каучука до 37%. На поверхности частиц каучука расположен адсорбционный слой ПАВ (белков, жирных кислот), выполняющий роль стабилизатора эмульсии каучука в воде. Применение латекса обусловливается его способностью к коагуляции при смешивании с водным раствором солей поливалентных металлов Сa+2, Fe+3, Мg+2, в результате чего образуется эластичная каучуковая масса, способная закупоривать каналы и полости. В качестве основного коагулянта латекса используется 3%-ный раствор CaCl2, концентрацией которого в составе латекса регулируется скорость его коагуляции. Для регулирования свойств тампонажных смесей применяют ускорители схватывания CaCl2:, KCI, NaCl, Na2O* nSiO2, гипс, замедлители схватывания: ССБ, КССБ, ПФЛХ, и др; понизители водоотдачи и стабилизаторы: глина, акриловые полимеры, эмульсии латексов и т.п. вещества. Составы и свойства тампонажных смесей выбираются в зависимости от их назначения, в соответствии с которыми должны предъявляться требования к выбранной тампонажной смеси и получающемуся при твердении тампонажному камню. Для цементирования обсадных колонн и разобщения проницаемых пластов, основными требованиями являются: подвижность тампонажного раствора, хорошее вытеснение из ствола скважины и из затрубного пространства промывочной жидкости и подъем на необходимую высоту, высокая прочность и низкая проницаемость тампонажного камня, его хорошая адгезия с поверхностью обсадных труб. При создании мостов, разделительных пробок и искусственных забоев, важнейшими требованиями являются прочность тампонажного камня и высокая скорость твердения. При выполнении тампонажных работ с целью устранения поглощения промывочной жидкости, тампонажные смеси должны отвечать следующим требованиям: достаточное проникновение в поглощающие каналы и трещины, устойчивость к агрессии подземных вод, достаточно высокая скорость потери подвижности - схватывание; хорошая адгезия с горными породами. Причины и методы предупреждения поглощений Поглощение промывочной жидкости является наиболее распространенным осложнением в процессе бурения скважин. Поглощением называется гидродинамическое взаимодействие в системе скважина - пласт, сопровождающиеся поступлением бурового или тампонажного растворов из скважины в пласт с интенсивностью, осложняющей дальнейшую проводку скважины. Основные причины поглощения заключаются в превышении давления в скважине над пластовым давлением вследствие излишней плотности бурового или тампонажного раствора и больших потерь напора в кольцевом пространстве при бурении или цементировании колонн в высокопроницаемых коллекторах большой емкости силы в интервалах образования трещин гидравлического разрыва пластов. Главным признаком поглощения является то, что расход жидкости на выходе из скважины меньше, чем на входе, и уровень жидкости в приемных емкостях насосов уменьшается. Но этот прямой признак часто может затушевываться, если в скважине наряду с поглощением есть и проявления. При разбуривании интервалов поглощения возможны провалы инструмента и увеличение механической скорости, ухудшение выноса шлама, его локальные скопления в стволе скважины с последующим заклиниванием или зависанием инструмента. Поглощения промывочной жидкости связаны с ее фильтрацией в окружающие породы, в результате чего нарушается режим промывки и затрудняется бурение. Причины поглощений промывочной жидкости могут быть: геологические, технологические, горнотехнические и организационные. Геологические причины связаны с наличием пор, трещин и каверн в горных породах, которые формируют каналы фильтрации промывочной жидкости. В зависимости от их размеров меняется интенсивность поглощения. Раскрытие трещин колеблется от 1 мм до 100 мм и более. Раскрытие трещин определяет выбор закупоривающих средств, параметров тампонажных смесей и способа ликвидации поглощения. Каверны встречаются в породах, склонных к растворению в воде (карбонатные, сульфатные породы, отложения солей). Трещиноватость и закарстованностъ пород снижаются с увеличением глубины скважины и горного давления. Для определения размеров трещин и каверн, а также интенсивности поглощения необходимо проводить специальные исследования в скважине (каверно- и расходометрию). Эта классификация позволяет использовать гидрогеологические данные того или иного района работ для прогнозирования возможных поглощений промывочных жидкостей при бурении скважин, что может быть основой для выбора метода предупреждения и ликвидации поглощения. Интенсивность поглощения промывочной жидкости зависит от следующих технологических факторов: -выбора конструкции скважины -способа промывки -параметров промывочной жидкости (плотности, вязкости) -скорости потока по стволу скважины -частоты вращения бурового снаряда -изменения перепада давления на поглощающий пласт Столь же опасен резкий запуск буровых насосов, так как при этом кратковременное действие давления может кратно превышать, потери напора в кольцевом канале и привести даже к гидроразрыву пласта. Необходимо предупреждать сальникообразование, ограничивать скорость спуска колонны, плавно запускать буровые насосы, перед запуском разрушать структуру раствора путем расхаживания и проворачивания инструмента при низкой скорости. Исследования проницаемости пластов проводятся для установления следующих параметров и характеристик: -границы (мощности) зоны поглощения; -пластового давления; -интенсивности давления; -интенсивности поглощения; -взаимодействия пластов, направления внутри скважинных перетоков; -типа коллектора, размеров и форм каналов; -местоположения и размеров сужений и каверн в скважине; -возможности других осложнений (обвалов, проявлений) -прочности и давления гидроразрыва пород; -подготовленности ствола скважины к переходу на промывку другим раствором и к цементированию колонны. По результатам исследований разрабатываются мероприятия по ликвидации поглощений (выбор метода, техники и технологии). Все методы исследований подразделяются на: - метод наблюдений ( за характером изменений механической скорости, поведения бурильной колонны и т.д. ), - геофизические методы (кавернометрия, радиоактивный, акустический каротаж, термометрия и др ). - гидродинамический метод, основанный на измерении расхода раствора, перепада давления в системе скважина - пласт при доливе, нагнетании раствора в скважину (пласт) или отборе его из пласта. Для оценки подготовленности скважины к переходу на глинистый раствор или к цементированию колонны производится опрессовка ствола или отдельных интервалов нагнетанием жидкости (воды, глинистого или тампонажного раствора) до контрольного давления. Характеристика основных способов тампонирования. Существуют различные способы тампонирования. Они предусматривают: - последовательность проведения операции; - способ доставки тампонажной смеси. Первый способ – доставка по открытому стволу. Этот способ используют при частичных поглощениях и слабых водопроявлениях. Закачка тампонажной смеси подизбыточном давлении обеспечивает ее надежное проникновение во все трещины проницаемой зоны. Этот способ рекомендуют использовать для зон поглощений, залегающих на глубине 150-200 м, так как при проождениитампонажной смеси по стволу происодит загрязнение скважины смесью. Второй способ – доставка по бурильным трубам. Тампонажную смесь закачивают в скважину через колонну бурильных труб, нижний конец которой устанавливают на 3-2,5 м выше кровли зоны поглощения: чем выше интенсивность поглощения, тем меньше должно быть это расстояние. При водопроявлениях нижний конец бурильных труб спускают до подошвы проницаемой зоны. Третий способ – доставка контейнера или тампонажных устройств.Пакетированные СБСС доставляют к месту твердения в колонковых трубах или специальных контейнерах, из которых пакеты с СБСС выдавливают промывочной жидкостью. Буровой инструмент извлекают, и в скважину опускают специальное устройство. Снаряд для переработки СБСС состоит из шарошечного долота, обратного клапана, отражателя в виде левого шнека и затирочного элемента, выполненного в виде переходника с эластичными лопастями. При разбуривании сухую БСС в скважине смешивают с водой до образования водного раствора или пасты. Наличие в устройстве левого шнека обеспечивает нагнетание тампонажного раствора в стенки скважины. Затирочный элемент «загоняет» тампонажный раствор в трешины и калибрует ствол скважины. Интервал одноразового крепления не превышает 3—5 м. Затраты времени на одно крепление составляют 1,5—2 ст.-ч. Список использованной литературыЖуховицкий С.Ю. Промывочные жидкости в бурении - М. : Недра, 1976. Городнов В.Д. Буровые растворы. - М. : Недра, 1985. Булатов А.И., Данюшевский В.С. Тампонажные материалы. - М.: Недра, 1987. Башлык С.М. и др. Лабораторный практикум по основам гидравлики и промывочным жидкостям. - М. : Недра, 1982. |