Попап. Практические и лабораторные (3). Руководство по выполнению практических и лабораторных работ по дисциплинам Очистные агенты и тампонажные смеси

• Название: Руководство по выполнению практических и лабораторных работ по дисциплинам Очистные агенты и тампонажные смеси
• Анкор: Попап
• Дата: 11.12.2022
• Размер: 170.63 Kb.
• Имя файла: Практические и лабораторные (3).docx
• Тип: Руководство; #838557
• страница: 1 из 9

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ»

(МГРИ-РГГРУ)

Институт современных технологий геологической разведки, горного и нефтегазового дела

Кафедра современных технологий бурения скважин имени профессора Б.И. Воздвиженского
Соловьев Н.В., Соловьева Т.И., Курбанов Х.Н., Кудрявцева Д.К.

Расчет параметров тампонажных смесей


Методическое руководство по выполнению практических и лабораторных работ по дисциплинам «Очистные агенты и тампонажные смеси» и «Буровые промывочные и тампонажные растворы» для студентов, обучающихся по специальности «Технология и техника разведки месторождений полезных ископаемых» и направлении подготовки
«Нефтегазовое дело».

Москва 2018 г.

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 3

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 1. Материалы для тампонирования скважин 4

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 2. Расчет параметров цементных тампонажных смесей 6

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 3. Расчет параметров цементно-песчаных тампонажных смесей 12

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 4. Расчет параметров смеси сложного состава 16

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 5. Расчет параметров гельцементных тампонажных смесей 21

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. Исследование плотности и водоудерживающей способности тампонажной смеси 26

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2. Измерение растекаемости и сроков схватывания.27 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3. Регулирование сроков схватывания 29

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4. Исследование пластической прочности тампонажной смеси 30

ЛАБОРАТОРНО-РАСЧЕТНАЯ РАБОТА № 5. Расчет параметров, приготовление и измерение свойств гельцементные тампонажных смесей 34

ЛИТЕРАТУРА 37

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплины «Очистные агенты и тампонажные смеси» и «Буровые промывочные и тампонажные растворы» изучаются студентами МГРИ-РГГРУ в составе цикла(Б1) вариативной части Б1.В обязательных дисциплин после изучения следующих дисциплин: математика, физика, химия, информатика, экология, правоведение, механика, разрушение горных пород, технология бурения нефтяных и газовых скважин, общая геология, прикладная теплофизика и прикладная гидродинамика, история нефтегазовой отрасли, химия нефти и газа.

Перед этим студент должен также освоить дисциплины по плану базовых частей математического и естественнонаучного цикла и отдельных дисциплин профессионального цикла.

К началу изучения этих дисциплин студент должен пройти учебную научно- исследовательскую и производственную практики.

Целью изучения данных дисциплин является овладение студентами необходимых знаний и умений для правильного выбора оперативного управления свойствами буровых промывочных растворов (БПР), обеспечивающих нормальное бурение, заканчивания скважин, их долговечность, надежность, экономичность, экологическую безопасность для окружающей среды и охрану недр.

Общими задачами изучения дисциплин являются:

-изучить методы и способы выбора видов, состава и свойств БПР в зависимости от назначения скважины и геолого-технических условий;

-получить навыки в разработке рецептур и выборе методов регулирования свойств БПР за счет химической их обработки;

-получение навыков по анализу результатов измерения параметров технологических жидкостей, установлению причин несоответствия их качественных и количественных показателей технологических требованиям и приведению их свойств в соответствие с условиями бурения;

-обеспечить правильность выбора способов и средств приготовления и очистки БПР в конкретных геолого-технических условиях при бурении и заканчивании скважин;

-овладеть методами выбора вида, состава и свойств БПР с целью обеспечения достоверной геологической информации о составе и свойствах горных пород, а также сохранения естественной проницаемости продуктивных горизонтов;

-овладеть методами супервайзинга БПР с целью оперативного регулирования свойств и приведения их в соответствие с условиями бурения скважин, своевременной обработки химическими реагентами и очистки от выбуренного шлама.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 1. Материалы для тампонирования скважин (показ материалов; объяснение происхождения, условий применения)

1. 
   Материалыминеральногопроисхождения
   

- цемент

Марки: 200,300,400 – строительные;

500,600,700 – для тампонирования скважин.
Цемент– искусственно получаемый материал из минеральных компонентов.
Сырьем для получения цемента является сырьевая смесь на основе известняка + глина, а также используют мергель (карбонат кальция с наличием глинистых пропластков) для получения цементного клинкера.
Цемент хранится на предприятиях в мешках, мешки хранятся в проветриваемых помещениях на деревянных настилах, срок хранения не более 6 месяцев.
Сроки схватывания цементных тампонажных смесей 4 - 24 часа, в зависимости от качества и свойств цемента.
^{ГашенаяизвестьCa(OH)}2<sup>– получается путем обжига известняка:

1) CaCO</sup>3 ^{+ t (900 C°) → CaO + CO}2^↑ CaO – окись кальция реагирует с водой.

^{2) CaO + H}2^{O → Ca (OH)}2 ^{– получается гашеная известь (гидроокись кальция).}
Известь – антисептическое вещество. Хорошо сочетается с цементом, глиной и шламом.
^ГипсCaSO4 ^{· 2H}2^{O - природный гипс или гипсовый камень (двухводный гипс); CaSO}4 ^{· 0,5H}2^{O – строительный гипс или алебастр (полуводный гипс);}

Алебастр интенсивно взаимодействует с водой:

^CaSO4 ^{· 0,5H}2^{O + H}2^{O → CaSO}4 ^{· 2H}2^{O – вторичный двухводный гипс.}
Гипс моментально реагирует с водой, время схватывания 3-5 минут. Также хорошо сочетается с буровыми шламами, с песком и цементом. Гипс используется для БСС (быстросхватывающиеся смеси). Метод «сухого» тампонирования предусматривает применение ускорителя схватывания цемента, сокращает сроки схватывания в течение 10-15 минут.
Недостаткигипса:

• 
  гипсовый камень размягчается при контакте с подземными водами;
  
• 
  камень не прочный, поэтому применяется для пластов с низким пластовым давлением.
  

^СодаNa2^CO3 ^{– кальцинированная сода, используется как замедлитель сроков} схватывания тампонажных смесей.

^CaCl2 ^{– эффективный регулятор сроков схватывания (хлористый кальций) –} ускоритель.
Глина – используется для башмачного тампонирования – для не глубоких скважин, для тампонирования обсадных колонн.

2. 
   Органическиематериалы
   

Синтетическиесмолы– получаются из природных материалов (карбомид + мочевина

+формальдегид → смолы).
Смолы:КФ, МФ, ММФ и др (отвердителями для этих смол являются кислоты минеральные и органические.
Крепители:М-1, М-2
Очень хорошие смолы ЭД и (эпоксидно - диановые смолы) – экологически чистые, не выделяют летучих компонентов. Можно регулировать сроки схватывания от нескольких минут до нескольких часов, хорошо сочетаются с наполнителем. Технологичность таких смесей: имеют хорошую адгезию со стенками скважины и горной породой, затвердевший камень хорошо разбуривается.
Латекс – каучук + вода + ПАВ эмульгатор (эмульсия отрицательно заряженных частиц). Применяется в виде водных растворов или с добавлением глинистых растворов.
Битум: При увеличении давления он течет; При t = 80-90С° размягчается; Хорошее сцепление с горной породой;

Хорошая сочетаемость с наполнителями (песком, глиной, шламом).
Доставкавскважину:

• 
  расфасовки в целлофановых пакетах;
  
• 
  в расплавленном виде в тепло - изоляционных контейнерах;
  
• 
  по бурильным трубам;
  
• 
  Применяют в скальных – трещиноватых породах.
  

3. 
   Комбинированныйматериал
   

Полимин:бентонит + ГПАА

ВУТС – вязкоупругие тампонажные смеси: глина + гипан; глина + ГПАА; КССБ + глина

+ГПАА.
По результатам этого практического занятия, предусматривающего показ перечисленных выше материалов студентам, составляется реферат в виде конспекта с более подробным описанием условий их применения, назначения, анализом основных свойств и технологических приемов тампонирования.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 2. Расчет параметров цементных

тампонажных смесей

^Н2^О


Цемент

^{1. 𝜌ц.р.}. ^{- плотность цементного раствора}

2. А = ^𝑚в

𝑚_ц
(1)

• 
  водоцементное отношение
  

3. 
   m_в
   
4. 
   m_ц
   

• 
  масса воды
  
• 
  масса цемента
  

Уравнениебалансамасс:
𝑚_к = 𝑚_исх + ^∑ 𝑚_доб (2)

где 𝑚_к – масса конечного вещества;

𝑚_исх – масса исходного вещества;

𝑚_доб – масса добавок.

Уравнениебалансаобъемов:
где 𝑉_к – масса конечного вещества;

𝑉_исх – масса исходного вещества;

𝑉_доб – масса добавок.
Уравнениебалансаобъемов:
𝑉_к = 𝑉_исх + ^∑ 𝑉_доб (3)
𝑉_ц.р. = 𝑉_ц + 𝑉_воды, (4)

выразив объем через массу и плотность получим:
𝑚 = ^𝑚ц + ^𝑚в,

ц.р.

𝜌_ц

𝜌_в

в
если А = ^𝑚в, то 𝑚

𝑚_ц

= 𝑚_ц ∙ А

Тогда получим: ^𝑚ц.р. = ^𝑚ц + ^𝑚ц∙А

^𝜌ц.р.
^𝑚_{ц.р. =} 𝑚_ц(𝜌_в+𝜌_ц∙А)_,

𝜌_ц

𝜌_в

^𝜌ц.р.

𝜌_ц∙𝜌_в

после преобразований получаем формулу для определения массы цемента, необходимой для приготовления цементного раствора массой 𝑚_ц.р. и плотностью 𝜌_ц.р.:

𝜌_ц = 3,12 ÷ 3,15 т/м³ ; г/см³.

𝑚<sub>ц

=</sub> 𝑚_ц.р.∙𝜌_ц∙𝜌_в

𝜌_ц.р.(𝜌_в+𝜌_ц∙А)

(5)

Решениепрямойзадачи:при заданном значении А найти 𝜌_ц.р.

Из формулы (5): 𝜌<sub>ц

=</sub> 𝑚_ц.р.∙𝜌_ц∙𝜌_в

𝑚_ц.(𝜌_в+𝜌_ц∙А)

(6)

Запишем уравнение баланса масс:

^𝑚ц.р.

= 𝑚_ц.

+ 𝑚_в

= 𝑚<sub>ц.

+</sub> А

^𝑚ц.

= 𝑚_ц.

(1 + А)

Подставим в уравнение:

^𝜌ц.р.

₌ 𝑚_ц(1+А)∙𝜌_ц∙𝜌_в

𝑚_ц.(𝜌_в+𝜌_ц∙А)

Таким образом, при известном значении А можем получить цементный раствор плотностью 𝜌_ц.р.

^𝜌ц.р.

₌ (1+А)∙𝜌_ц∙𝜌_в

𝜌_в+𝜌_ц∙А

(7)

Решениеобратнойзадачи:при заданном 𝜌_ц.р. найти А.
Из формулы (3): 𝜌_ц.р.(𝜌_в + 𝜌_ц ∙ А) = 𝜌_ц ∙ 𝜌_в(1 + А)

Для получения цементного раствора плотностью 𝜌_ц.р. необходимо задать водоцементное отношение:

_{А =} 𝜌_в(𝜌_ц−𝜌_ц.р.)

𝜌_ц(𝜌_ц.р.−𝜌_в)

(8)

Последовательностьрасчетапараметровцементнойтампонажнойсмеси

1. 
   
   Определяем объем тампонажной смеси:
   

Рис.1. Схема к расчету объема тампонажной смеси
^Rср ^{– значение радиуса в интервале осложнения по данным кавернометрии; h}о <sup>– мощность интервала осложнения;

h</sup>з <sup>– мощность запаса (7-10 м);

М – мощность интервала тампонирования (М = h</sup>o ^+2hз^{); R}к ^{– радиус контура растекания.}
Тогда объем тампонажной смеси:

V    R²  M   R²  R²  m M

Т.С. ср к ср

где

m  трещинная пустотность

m  0,17
R_в  радиус влияния (R _в  125 м); R_с  радиус скважины;

Q  дебит;

μ_п  пластическая вязкость.

2. 
   Определяем плотность тампонажной смеси при заданном значении ^A:
   

_{ } _ц _в 1 A_{, Т/ м3}

ц. р.

_в _ц A

3. 
   Определяем A, если задано
   

^ц. р. ^:

A ^в

    


ц. р.

ц
 

_ц 

^ц. р. ^{ }в

4. 
   
   
   Определим массу цемента для приготовления цементного раствора, массой равной 1 т:
   

m¹ 

1 _ц _{в, т}

ц

ц. р.

     А


в
ц

5. 
   Определим массу цемента для приготовления заданного объема цементного раствора:
   

m^o

^mц. р. ^{ }ц ^{ }в