ваф. ГосЭкзамен. Технология бурения нефтяных и газовых скважин Породоразрушающие инструменты их назначение и классификация
 Скачать 301.02 Kb.
|
|
20.Тампонажный портланд цемент. В нефтяной промышленности основной тампонирующий материал портландцемент. Он представляет собой разновидность силикатного цемента. Это продукт, состоящий из смеси измельченных материалов заданного минералогического состава. Основная часть портландцемента – клинкер, который получается обжигом специальной смеси известняка и глины (14500). Известь при обжиге дает CaO3. Глина является источником крем SiO2, AlO3и Fe2O3. Для производства портландцемента применяют 2 способа – сухой и мокрый. При сухом способе производства портландцемента сырьевые компоненты дозируются после предварительного высушивания и измельчаются в мельницах до порошка с крупностью зерен до 100мк. После предварительного нагрева (900-10000С) смеси, последняя поступает во вращающуюся печь (W=1об/мин). После охлаждения во вращающейся печи клинкер мелят. При помоле к клинкеру добавляют гипс, шлак, песок. Большое распространение получил мокрый способ производства цемента. В этом случае измельчения сырьевой смеси сопровождаются добавлением воды. После чего смесь обжигают в длинных (до 200м) вращающихся печах диаметром 5м. После охлаждения смесь измельчается в шаровых печах. При этом в нее добавляют различные добавки. Наиболее важным свойством портландцемента плотность и тонкость помола. Из всех вяжущих тампонажный портландцемент обладает самым большим удельным весом, равным в среднем 3,12-3,15 г/см3. Для тампонажных портландцементов удельный вес является характеристикой его свойств, т.к. от его величины в определенной степени зависит удельный вес тампонажного раствора. По удельному весу тампонажного цемента можно определять наличие в нем утяжеляющих или облегчающих добавок. Тонкость помола портландцемента определяется суммарной поверхностью частиц, содержащихся в 1г. цемента. Тонкость помола определяется с помощью сит гранулометрических свойств. 21.Свойства цементного раствора и камня. К важнейшим свойствам цементного раствора и камня относятся: Седиментационная устойчивость раствора; Водоотдача; Подвижность (растекаемость); Сроки схватывания; Время загустевания; Удельный вес цементного раствора; Механическая прочность цементного камня. Свойства цементного раствора зависят от многочисленных факторов. Этими факторами являются химико-минералогический состав, качество и количество наполнителей, водоцементные отношения, количество и природа химических наполнителей, режим перемешивания, температура, давление и др. Свойства цементных растворов и камня могут быть изменены введением в них наполнителей и активных добавок, а также обработкой их химическими реагентами. Умение изменять в нужном направлении свойства цементного раствора и камня с учетом конкретных условий скважины – это залог успешного разобщения продуктивных горизонтов. 22.Разобщение пластов. Способы разобщения. Основной целью разобщения пластов является не допущение перетоков из одного пласта в другой, ГВНП в заколонном пространстве и поступления пластовых флюидов на поверхность. При этом решается основная задача - экологическая, т.е. исключается возможность загрязнения недр и окружающей среды, ухудшение коллекторских свойств пласта и т.д. К качеству разобщения предъявляются следующие требования: 1.Разобщающая среда не должна быть герметичной при тех перепадах давления, которые существуют или могут возникнуть между проницаемыми пластами; 2.Разобщающая среда должна постоянно иметь плотный контакт с окружающими горными породами и поверхностью обсадной колонны, герметичность которого не должна нарушаться при любых возможных деформациях обсадных труб; 3.Разобщающая среда должна быть долговечной, т.е. не должна разрушаться под воздействием пластовых жидкостей, газов, бактерий и при изменениях температур, возможных в период бурения; 4.Разобщающая среда должна быть термостойкой, т.е. не разрушаться от длительного воздействия температур, а также при смене положительной температуры на отрицательную и наоборот. Основным методом разобщения пластов в наст. время является цементирование, т.е. заполнение заданного интервала заколонного пространства скважины раствором, способным затвердевать, превращаясь в непроницаемый камень. В зависимости от характера решаемых задач цементирование можно подразделить на следующие способы: 1.Способ первичного цементирования. 2.Способ ремонтного цементирования. 3.Способ изоляции зон поглощений. 4.Способ установки мостов. 23.Одноступенчатое цементирование. Цементирование по этому способу осуществляют в тех случаях, когда скважина не имеет осложнений и высота перекрытия ствола скважины цементным раствором позволяет цементировать при однократной подаче цементного раствора. После спуска в скважину обсадной колонны на верхней муфте укрепляют промывочную головку, обвязывают ее с насосами буровой установки и приступают к промывке скважины. По окончании промывки скважины промывочную головку заменяют цементировочной и подсоединяют ее к обвязке агрегатов. Перед закачкой цементного раствора в колонну спускают нижнюю пробку и одновременно включают цементно-смесительные машины для приготовления цементного раствора и насосы. После закачки цементного раствора в скважину сбрасывают верхнюю цементировочную пробку и приступают к закачиванию продавочной жидкости. В колонне цементный раствор движется между 2мя пробками. Нижняя пробка, проталкиваемая цементным раствором, садится на упорное кольцо. После этого давление жидкости продавливается диафрагмой пробки и цементный раствор из колонны через образовавшееся отверстие в пробки и башмак колонны поступает в затрубное пространство. Когда остается 1-2м3 продавочной жидкости, закачиваемой в скважину, интенсивность ее закачки снижается. Момент схождения пробок называется «стоп» и характеризуется повышенным давлением. Оно не должно превышать 5-10% рабочего давления. По окончании цементирования сбрасывают давление в колонне до 0 и оставляют ее в покое, пока цементный раствор за колонной не затвердеет. 24.Двух и многоступенчатое цементирование давлений. Ступенчатое цементирование (2х и 3х ступенчатое) применяется в следующих случаях: 1.Тампонажный раствор не может быть поднят на требуемую высоту в одну ступень. 2.В зоне подъема тампонажного раствора имеются пласты с резко различающимися температурами, оказывающие заметное влияние на сроки схватывания раствора. 3.Отсутствие тампонажных растворов, расчетного количества цементного оборудования. 4.Процесс цементирования 2ой ступени колонны необходимо провести с разрывом во времени. Процесс двухступенчатого цементирования проводится в 2 стадии с использованием специальной заливочной муфты: вначале цементируется нижняя часть колонны, затем – верхняя. На поверхности перед спуском в скважину муфты проверяют и опрессовывают жидкостью для определения герметичности резьбовых соединений и уплотнения цилиндров. Цементирование с заливочной муфтой осуществляют в 2 приема: Вначале в колонну закачивают 1ую порцию цементного раствора. Этот раствор продавливается сначала 1ой порцией продавочной жидкости и равной внутреннему объему колонны от муфты до условного положения упорного стоп кольца в башмаке колонны. По окончании прокачивания 1ой порции продавочной жидкости в колонну спускают нижнюю пробку и закачивают 2ую порцию продавочной жидкости. Пробка, дойдя до муфты, плотно садится в нижнее гнездо и при избыточном давлении 2-3мПа срезает стопорные болты нижнего внутреннего цилиндра, который движется вниз и открывает заливочные отверстия. После этого закачивают в колонну 2ую порцию цементного раствора, вставляют верхнюю пробку и далее ведут работы как при обычном цементировании. Пробка, дойдя до муфты, садится в верхнее гнездо. Под действием избыточного давления стопорные болты верхнего цилиндра срезаются, и он, сдвинувшись в нижнее положение, перекрывает отверстия муфты. В этот момент давление на насосах резко возрастает – цементирование заканчивается. Цементирование хвостовика и колонны, спускаемых секциями. Цементирование хвостовиков возможно как с разъединительной цементировочной пробкой, так и без нее. 1ый способ наиболее совершенен. После спуска колонны на последнюю трубу обсадной колонны, навинчивают муфту специальной конструкции, в которую на левой резьбе ввинчивают специальный переводник. После закачки цементного раствора и расчетного количества продавочной жидкости в бурильные трубы сбрасывают стальной шар диаметром 75мм. При перепаде давления в 4-6мПа происходит срез шпилек, и открывается отверстие, промывочный верхний интервал отсоединяют бурильные трубы поворотом вправо, т.к. резьба у них левая. 2 способ в наст. время разработана технология цементирования хвостовика с разделительными пробками. Пробка состоит из 2х частей – верхней и нижней. Нижняя подвешивается на специальном патрубке в хвостовике с помощью штифтов. Верхняя часть пробки движется по колонне бурильных труб. 25.Секционное цементирование. Раньше хвостовики использовались только при заканчивании скважин в качестве последней колонны. Крепление скважин хвостовиками предусматривает применение разъединителя и подвесного устройства. Для конкретных условий выбирают определенный тип разъединителя или подвесного устройства. Хвостовики и секции обсадных колонн разгружают на забой и подвешивают при помощи различных устройств, которые отличаются друг от друга конструктивными особенностями. Различают подвесные устройства на цементе, клиновые и упорные. Технологический процесс в значительной мере определяется качеством и выбором разъединителя, обеспечивающего безаварийный спуск бурильных и обсадных труб. Разъединители подразделяются на резьбовые и безрезьбовые. Секции обсадных колонн соединяют с помощью стыкующихся устройств. После спуска 1ой секции обсадную трубу со специальными муфтами и левым переводником навинчивают под бурильный инструмент и продолжают спуск колонны на этом инструменте с доливом колонны. В верхней части 1ой секции на расстоянии 6 - 8м от специальной муфты устанавливают 2 центрирующих пружинных фонаря. Длину бурильной колонны подбирают т.о, чтобы ведущая труба заходила в скважину в процессе цементирования не менее чем на 2/3 ее длины. Нижнюю секцию обсадной колонны цементируют через бурильный инструмент, ведущую трубу, вертлюг с 2хгорловым отводом и 2мя шлангами, к которым подключают цементировочные агрегаты. Ввиду того, что нижнюю секцию цементируют без цементировочной пробки, то во избежание перекачки продавочной жидкости в колонне оставляют цементный стакан высотой не менее 25м. 26.Манжетный способ цементирования. Манжетный способ цементирования используется на месторождениях с низким пластовым давлением или сильно дренированными пластами. Манжетное цементирование обсадных колонн рекомендуется применять в случаях необходимости полного исключения воздействия тампонажных растворов на продуктивные пласты. При этом способе в оснастку низа обсадной колонны включают цементировочную муфту, а на наружной поверхности укрепляют манжету в виде воронки. При закачке расчетного количества тампонажного раствора, последний отделяют от промывочной и продавочной жидкостей 2мя разделительными пробками так же, как 2ую порцию при последовательном ступенчатом цементировании. 1ая пробка необходима для открытия муфты, а 2ая для закрытия муфты. Манжет служит для предотвращения попадания раствора в зону фильтровой части обсадной колонны. 27.Цементирование колонн большого диаметра. Технология цементирования обсадных колонн большого диаметра сопряжена с определенными трудностями: на цементирование расходуется значительное количество материалов – цемента, воды, промывочной жидкости и др. материалов. Значительные размеры затрубного пространства, зачастую осложнены кавернами в верхней наименее устойчивой части геологического разреза. Подачу тампонажного раствора требуется обеспечивать с большим расходом. Несмотря на это, не достигается необходимая скорость подъема тампонажного раствора в кольцевом пространстве. Очень важно иметь в виду, что после подачи некоторого количества тампонажного раствора в обсадную колонну начинается самопроизвольное движение жидкостей по скважине вследствие превосходства плотности тампонажного раствора над плотностью промывочной жидкости. Подаваемая насосами жидкость свободно падает на снижающийся уровень тампонажного раствора в колонне. Это сопровождается гидравлическими ударами, вызывающими перегрузку колонны. Цементирование обсадных колонны через спущенные в нее бурильные трубы позволяет избежать этих трудностей. Наибольший эффект цементирования достигается при строительстве скважин в районах распространения многолетней мерзлоты. При этом предоставляется возможность после окончания продавки и закрытия обратного клапана не поднимать сразу бурильную колонну из скважины. В этом случае необходимо приступить к промывке внутреннего пространства обсадной колонны. Промывка внутреннего пространства обсадной колонны во время ожидания застывания цемента позволяет поддерживать плюсовую температуру растворов. 28.Обратное цементирование. Обратное цементирование – это закачка цемента в заколонное пространство не через обсадную колонну. При обратном цементировании обсадная колонна спускается без обратного клапана и упорного кольца, а устье оборудуется головкой с кранами высокого давления и лубрикатором. Головку соединяют трубопроводом с циркуляционной системой буровой, а заколонное пространство скважины герметизируют превентором. Цементный раствор закачивают непосредственно в заколонное пространство. При этом вытесняемая им промывочная жидкость поднимается вверх по обсадной колонне и через устьевую головку, и трубопровод направляется в очистную систему. После того как 1ая порция тампонажного раствора войдет в башмак колонны, насосы останавливают и краны на устьевой головке закрывают. Затем скважину оставляют в покое на период твердения раствора. Обратное цементирование целесообразно применять: если из-за опасности поглощения одноступенчатое цементирование невозможно; при отсутствии достаточного количества техники; при капитальном ремонте скважин. 29.Установка цементных мостов. Мостом называется искусственное сооружение, полностью перекрывающее поперечное сечение скважины или обсадной колонны на участке сравнительно небольшой длины и, удаленном от забоя. Мосты могут быть резиновые, пластмассовые, металлические, цементные и т.д. При установке мостов решаются следующие задачи: 1.Временное либо постоянное разделение вышележащих пластов от нижележащих; 2.Устранение опасности излива пластовых жидкостей в атмосферу после ликвидации скважины; 3.При забуривании 2ого ствола, либо при необходимости отклонения ствола скважины от проекта; 4.Для укрепления неустойчивых и осыпающих пород. Существует множество способов установки мостов. Наиболее эффективным считается следующий. В скважине устанавливают манжетную пробку, исключающей возможность оседания вниз столба тампонажного раствора. До нижней границы этого участка спускают колонну труб и тщательно промывают скважину. Если в пределах участка имеются каверны, то в состав колонны включают приспособление с боковыми гидромониторными насадками и сильными струями вымывают из каверн загустевшую промывочную жидкость и шлам. Во время промывки целесообразно производить вращение и расхаживание колонны. После промывки в колонну труб последовательно закачивают 1ую порцию буферной жидкости, порцию тампонажного раствора, 2ую порцию буферной жидкости и порцию продавочной жидкости. Тампонажный раствор отделяют от буферных жидкостей 2мя разделительными пробками. По окончании закачки порции продавочной жидкости колонну труб приподнимают с небольшой скоростью несколько выше границы будущего моста и тщательно промывают скважину. Затем трубы поднимают на поверхность, а скважину оставляют в покое на ОЗЦ. 30.Технология цементирования скважин. Цементирование – процесс заполнения заданного интервала скважины суспензией вяжущих материалов, способной в покое затвердевать и превращаться в твердое тело. Все способы цементирования имеют одну цель – это вытеснить буровой раствор тампонажным из затрубного пространства скважины и поднять последний на заданную высоту. В результате этого предотвращается возможность движения любой жидкости или газа из одного пласта в другой через заколонное пространство и обеспечивается изоляция продуктивных объектов от посторонних вод. Весь комплекс работ, связанных с замещением бурового раствора цементным, называется цементированием скважины или обсадной колонны. Важность качественного цементирования обусловлена тем, что это заключительный этап строительства скважин и поэтому неудачи при его выполнении могут свести к минимуму ожидаемый эффект. Под технологией цементирования скважин следует понимать процесс заполнения заколонного пространства скважины тампонажным раствором и обеспечения контакта цементного раствора с поверхностью обсадной колонны и стенкой скважины. В наст. время изучено значительное число факторов, определяющих качество цементирования скважин. К этим факторам относятся: сроки схватывания и время загустевания тампонажного раствора; режим движения буровых и тампонажных растворов в заколонном пространстве; объем закачиваемого тампонажного раствора, время его контакта со стенкой скважины; качество и количество буферной жидкости; режим расхаживания колонны в процессе цементирования. Существует несколько способов цементирования обсадных колонн. Все они могут быть разделены на 2 большие группы – первичные и вторичные способы цементирования скважин. Первичные процессы цементирования проводятся после бурения, а вторичные проводятся после первичных, обычно после некоторого периода работ в скважинах. 31.Цементосмесительные машины (ЦСМ) и ЦА. К оборудованию, необходимому для цементирования скважин, относятся: цементировочные агрегаты, цементно-смесительные машины, цементировочная головка, заливочные пробки и др. Цементировочные агрегаты. При помощи цементировочного агрегата производят затворение цемента, закачивают цементный раствор в скважину и продавливают цементный раствор в затрубное пространство. Кроме того, цементировочные агрегаты используются и для др. работ. С учетом характера работ цементировочные агрегаты изготовляют передвижными с монтажом всего необходимого оборудования на грузовой автомашине. На открытой платформе автомашины смонтированы: 1.Поршневой насос высокого давления для прокачки цементного раствора; 2.Замерные баки, при помощи которых определяют количество жидкости, закачиваемой в колонну; 3.Двигатель для привода насоса. Цементировочные агрегаты предназначены: 1.Для приготовления, закачки и продавки тампонажных растворов в скважины; 2.Для проведения различного рода промывок скважин через спущенные колонны труб; 3.Для обработки ПЗС, закачки растворов изотопов и др. технологических операций в скважинах; 4.Для гидравлической опрессовки обсадных труб и колонн. Цементосмесительные машины. Цементосмесительные машины предназначены для транспортировки сухих тампонажных материалов и механизированного приготовления тампонажных растворов. |