Курсовая работа буровые и тампонажные растворы. Курсовая работа технология промывки скважин. Буровые растворы для качественного вскрытия горизонтов
 Скачать 0.75 Mb.
|
|
Требования к тампонажному раствору 1. Технического характера: хорошая текучесть; способность проникать в любые поры и микротрещины; отсутствие седиментации;  хорошая сцепляемость с обсадными трубами и горными породами;восприимчивость к обработке с целью регулирования свойств; отсутствие взаимодействия с тампонируемыми породами и пластовыми водами; устойчивость к размывающему действию подземных вод; стабильность при повышенных температуре и давлении; отсутствие усадки с образованием трещин при твердении. 2. Технологического характера: хорошая прокачиваемость буровыми насосами; небольшие сопротивления при движении; малая чувствительность к перемешиванию; возможность комбинирования с другим раствором; хорошая смываемость с технологического оборудования; легкая разбуриваемость камня. 3. Экономического характера: сырье должно быть недефицитным и недорогим; не влиять отрицательно на окружающую среду. Цементный камень должен быть практически непроницаемым. Свойства цементного камня не должны ухудшаться со временем под действием высоких (низких) температур и давлений, а также при воздействии агрессивных по отношению к продуктам твердения пластовых флюидов. При переходе тампонажного раствора в камневидное состояние, не должна происходить его усадка. Тампонажный камень и раствор не должны вступать в физико-химическое взаимодействие с. горными породами и обсадными колоннами, влекущее разрушение и понижение прочности последних.  Указанные свойства цементного раствора (камня) зависит от его вида, жидкости затворения, водотвердого отношения, условий твердения и регулируются добавками-ускорителями и заменителями схватывания, облегчающими добавками, реагентами - пластификаторами и, др.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. В зависимости от добавок тампонажные цементы и их растворы подразделяют на: песчаные волокнистые, гельцементные, пуццолановые, сульфатостойкие, расширяющиеся, облегченные с низким показателем фильтрации, водоэмульсионные, нефте-цементные и др. В настоящее время номенклатура тампонажных цементов на основе портландцемента и шлака содержит:  1) тампонажные портландцементы для "холодных" и "горячих" скважин ("холодный" цемент - для скважин с температурой до 500С, "горячий" - для температур до 1000С, плотность раствора 1,88 г/см3);2) облегченные цементы для получения растворов плотностью 1,4 - 1,6 г/см3 на базе тампонажных портландцементов, а также на основе шлакопесчаной смеси (до температур 90 - 1400С), в качестве облегчающих добавок используют глино-порошки или молотые пемзу, трепел, опоку и др.; 3) утяжеленные цементы для получения растворов плотностью не менее 2,15 г/см3 на базе тампонажных портландцементов для температур, соответствующих "холодным" и "горячим" цементам, а также шлакопесчаной смеси для температур 90 - 1400С (в качестве утяжеляющих добавок используют магнетит, барит и др.); 4) термостойкие шлакопесчаные цементы для скважин с температурой 90 - 140 и 140 - 1800С; Регулируют свойства цементных растворов изменением водоцементного отношения (В:Ц), а также добавлением различных химических реагентов, ускоряющих или замедляющих сроки схватывания и твердения, снижающих вязкость и показатель фильтрации. В практике бурения в большинстве случаев применяют цементный раствор с В:Ц=0,4 - 0,5. Нижний предел В:Ц ограничивается текучестью цементного раствора, верхний предел - снижением прочности цементного камня и удлинением срока схватывания. Эти реагенты обеспечивают схватывание цементного раствора при отрицательных температурах и ускоряют схватывание при низких температурах (до 40 °С). Замедляют схватывание цементного раствора также химические реагенты, такие как: гидролизованный полиакрилонитрил, карбоксиметилцеллюлоза, полиакриламид, сульфит-спиртовая барда, конденсированная сульфит-спиртовая барда, нитролигнин. Перечисленные реагенты оказывают комбинированное действие. Все они понижают фильтрацию и одновременно могут увеличивать или уменьшать подвижность цементного раствора.  Для приготовления цементного раствора химические реагенты растворяют предварительно в жидкости затворения (вода). Утяжеляющие, облегчающие и повышающие темпера-туростойкость добавки смешивают с вяжущим веществом в процессе производства (специальные цементы) или перед применением в условиях бурового предприятия (сухие цементные смеси).1.8 Основные свойства тампонажных материалов, растворов цементного камня, приборы для их контроля Тампонажные растворы представляют собой дисперсную систему, в которой цемент является дисперсной фазой, а вода –дисперсионной средой. Свойства цементного раствора зависят от свойств цемента и жидкости, в которой он затворен. От свойств цементного раствора и подобранной рецептуры зависит весь процесс цементирования скважины и качество разобщения пластов. При добавлении в раствор наполнителей, химрагентов и других активных добавок свойства цементного раствора могут изменяться. 1.Седиментационная устойчивость. В течение некоторого времени в цементном растворе происходит водоотделение, т.е. цементная масса сдвигается вниз, а вода поднимается вверх. 2.Водоотдача - это процесс водоотделения цементного раствора при действии на него перепада давления. Скорость водоотдачи зависит от водоцементного отношения, она обратно пропорциональна вязкости жидкой фазы цементного раствора. Для цементирования скважин лучшими тампонажными растворами считаются такие, у которых водоотдача близка к нулю. 3.Загустевание. Зависит от многих факторов: увеличение тонкости помола цемента приводит к ускорению загустевания раствора, а повышение водоцементного отношения –кзамедлениюзагустевания. Сростомтемпературызагустеваниеуменьшается, чемвышедавление, темкорочевремязагустевания. Для увеличения времени загустевания добавляются замедлители процесса структурообразования. 4.Сроки схватывания. При увеличении температуры и давления сокращаются сроки схватывания. При низких температурах и высоком водоцементном отношении сроки схватывания увеличиваются. При увеличении сроков хранения цемента сроки схватывания замедляются, а вязкость повышается. Наличие в атмосфере влаги и углекислоты способствует снижению активности цемента, сроки схватывания удлиняются. 5. Плотность цементного раствора определяется водоцементным отношением.  Свойства цементного камня являются функцией пористости, прочности элементов твердой фазы и контактов между ними, дисперсности и морфологии частиц твердой фазы. Пористость зависит от исходного водоцементного отношения, состава новообразований, их удельного объема и степени гидратации. Прочность элементов твердой фазы, прочность контактов между ними, дисперсность и морфология их частиц зависят от их состава и условий образования в твердеющем цементном камне. Зная степень гидратации, удельные объемы соответственно продуктов гидратации, исходного цемента, инертного наполнителя и жидкости затворения, отношение химически связанной воды к массе цемента, а также отношение массы инертного наполнителя и массы жидкости затворения к массе цемента можно рассчитать пористость или коэффициент пористости.  1.9 Влияние забойных условий на свойства тампонажного раствора и камняТампонажным цементомназывается продукт, состоящий из одного или нескольких вяжущих, минеральных и органических добавок, дающих после затворения водой раствор, а при затвердевании – цементный камень. Составляющие добавки тампонажного цемента: · вяжущие –портландцемент, шлак, известь; · минеральные – кварцевый песок, асбест, глина; · органические – отходы целлюлозного производства, хлопковые отходы. Тампонажные растворы представляют собой дисперсную систему, в которой цемент является дисперсной фазой, а вода – дисперсионной средой. Свойства цементного раствора зависят от свойств цемента и жидкости, в которой он затворен. От свойств цементного раствора и подобранной рецептуры зависит весь процесс цементирования скважины и качество разобщения пластов. При добавлении в раствор наполнителей, химрагентов и других активных добавок свойства цементного раствора могут изменяться. 1.10 Регулирования свойств тампонажных материалов и камня При выборе тампонажного материала учитывают следующие факторы: сохранение изоляционных свойств камня при наивысшей температуре, возможной в данном интервале скважины в период ее работы; устойчивость против коррозии агрессивными компонентами, содержащимися в пластовых жидкостях в том же интервале; морозостойкость, если речь идет о цементировании ММП; возможность приготовления раствора с достаточной плотностью, удовлетворительной подвижностью и способностью схватываться в приемлемые сроки при температуре, которая будет существовать в данном интервале при цементировании. До окончания транспортировки в заданный интервал скважины тампонажный раствор должен обладать хорошей прокачиваемостью (консистенция его не должна превышать 10 УЕК), чтобы в процессе ее не возникали большие гидродинамические давления, опасные возможностью разрыва пород, обсадной колонны или устьевой обвязки. Срок начала схватывания, согласно нормам, должен на 25 - 30 % превышать продолжительность цементирования. При нормировании плотности исходят из следующего соотношения: Рнп < Рцр < Рвп Давление на стенки скважины в период цементирования должно быть меньше давления поглощения. Водоотдача тампонажного раствора должна быть возможно меньшей, так как отфильтровывание дисперсной среды из тампонажного раствора в проницаемые породы в период движения по кольцевому пространству скважины имеет большое значение. Основной и наиболее эффективный способ регулирования реологических свойств, прокачиваемости, сроков загустевания и схватывания, водоотдачи - ввод в воду, на которой затворяется цемент, специальных химических реагентов. Условно реагенты можно разделить на несколько групп: ускорители и замедлители схватывания, понизители водоотдачи, пластификаторы. Условность деления состоит в том, что реальные реагенты многофункциональны, то есть могут изменять не одно а несколько свойств раствор  Механическую прочность и проницаемость тампонажного камня регулируют путем введения в раствор различных материалов и химических реагентов.При всех температурных условиях механическая прочность портландских и шлаковых цементов увеличивается, а проницаемость уменьшается при снижении водоцементного отношения; такое же действие в условиях высоких температур и давлений оказывает введение кварцевого песка в тампонажный раствор. Добавление глины в небольших количествах (до 5—8%) способствуетповышениюмеханическойпрочностипортландцементногоишлакоцементногокамня в условиях высоких температур и давлений. Количество химических реагентов определяют лабораторным путем в зависимости от характера скважины, способа цементирования и сорта тампонажного цемента.  1.11 Выбор оборудования для приготовления, закачивания в скважину тампонажных растворовОборудование для цементирования скважин.К оборудованию, необходимому для цементирования скважин, относятся: цементировочные агрегаты, цементосмесительные установки, цементировочная головка, заливочные пробки и другое мелкое оборудование (краны высокого давления, устройства для распределения раствора, гибкие металлические шланги и т.п.). При помощи цементировочного агрегата производят затворение цемента (если не используется цементосмеситель-ная установка), закачивают цементный раствор в скважину и продавливают его в затрубное пространство. Кроме того, цементировочные агрегаты используются и для других работ (установка цементных мостов, нефтяных ванн, испытание колонн на герметичность и др.). Учитывая характер работ, цементировочные агрегаты изготавливают передвижными, с монтажом всего необходимого оборудования на грузовой автомашине. На открытой платформе автомашины смонтированы: поршневой насос высокого давления для прокачки цементного раствора в колонну обсадных труб; ротационный насос, которым подают воду в цементную мешалку во время приготовления цементного раствора; замерные баки, при помощи которых определяют количество жидкости, закачиваемой в колонну для продавки цементного раствора; двигатель для привода насоса (рис. 10.18). Для цементирования обсадных колонн в отечественной практике применяют цементировочные агрегаты (ЦА) типов: ЦА 320А; ЦА 320С; ЗЦА 400А; УНБ 2-630-50; УНБ-2-160; УНБ2-400-40. Они отличаются друг от друга прежде всего гидравлической мощностью насосов. Для централизованной обвязки цементировочных агрегатов с устьем скважины применяют блок манифольдов. Он состоит из коллектора высокого давления для соединения ЦА с устьем скважины и коллектора низкого давления для распределения воды и продавочной жидкости, подаваемой к ЦА. Блок манифольдов, как правило, оборудован грузоподъемным устройством. 2 ТЕХНОЛОГИЧЕССКИЙ РАЗДЕЛ 2.1 Определения количества промывочной жидкости для выноса частиц выбуренной породы Определить количество бурового раствора, необходимого для выноса частиц выбуренной породы на поверхность, при следующих условиях: диаметр долота Dд =215,9 мм; диаметр бурильных труб D = 114 мм; способ бурения —турбинный. Решение. Для практических расчетов минимальное значение расхода бурового раствора можно определить по формуле   где Vmin —минимальнаяскоростьвосходящегопотокабуровогораствора, прикоторойещененаблюдаетсясальникообразованиянаэлементахбурильнойколонны (долоте, переводникетурбобураизамкахбурильныхтруб) изагрязнениястволаскважины, м/с. Практикой установлено, что при турбинном бурении Vmin =1,1÷1,2 м/c прироторном Vmin =0,9÷1,0 м/c Принимая Vmin =1,1 м/c , определяем  Следовательно, подача насосов не должна быть меньше 56,5 дм 3/с Определить расход бурового раствора для выноса частиц породы с глубины H = 2200 м , при следующих условиях: диаметр частицы dч =10 мм ; плотность породы ρп=2,5 г/см 3; необходимоевремявыносачастицыпородыТ = 2,3ч; диаметрскважины Dскв =1,25*215,9=269,8 мм; наружный диаметр бурильных труб D =114 мм; плотность бурового раствора ρб.р=1,15 г/см 3. Решение. Определим необходимую скорость восходящего потока бурового раствора   а —коэффициент, зависящийотплощади поперечного сечения кольцевого пространства , вращения бурильных труб и других факторов ( при расчетах можно принять а = 1,13÷1,14 ); u—скоростьпогружениячастицывбуровомрастворе, определяемаяприотсутствии |