УСТАНОВКА ЦЕМЕНТНЫХ МОСТОВ. зад5практработа. Установка цементных мостов
 Скачать 61 Kb.
|
|
Установка цементных мостов Задание № 5 Содержание 1. Назначения цементных мостов и требования к ним 2. Расчет объемов тампонажного раствора и материалов. 3. Особенности выбора рецептуры растворов вяжущих веществ для установки мостов. 4. Требования, предъявляемые к тампонажному материалу. 5. Планирование работ по установке цементных мостов 6. Мероприятия по предупреждению осложнений при установке мостов. Установка цементных мостов - это ответственная технологическая операция, составляющая основу большинства видов ремонтно-изоляционных работ при бурении, заканчивании и эксплуатации нефтяных и газовых скважин. Цементные мосты устанавливают в следующих целях: - изоляция водонапорных и непродуктивных горизонтов при испытании и ликвидации скважин; - возвращение на новый горизонт; - изоляция зон поглощения или проявления; - забуривание нового ствола; - создание опоры для испытания пластов или секций обсадных труб; - ликвидация каверн или желобных выработок. К цементным мостам предъявляются определенные требования по долговечности, герметичности, прочности, несущей способности, а так же к высоте и глубине нахождения. Те или иные требования основываются на конкретных геолого-технических условиях и обусловлены назначением моста. По характеру действующих нагрузок можно выделить две категории мостов: испытывающих давление жидкости или газа и испытывающих нагрузку от веса инструмента во время забуривания второго ствола, применения испытателя пластов или в других случаях. Мосты, относящиеся ко второй категории, должны, помимо газоводонепроницаемости, обладать весьма высокой механической прочностью. Анализ промысловых данных показывает, что на мосты могут создаваться давления до 85 МПа, осевые нагрузки до 2100 кН и возникают напряжения сдвига на 1 м длины моста до 30 МПа. Такие значительные нагрузки возникают при опробовании скважин с помощью испытателей пластов и других видах работ. Несущая способность цементных мостов в значительной мере зависит от их высоты, наличия (или отсутствия) глинистой корки или остатков бурового раствора на колонне. При удалении рыхлой части глинистой корки напряжение сдвига составляет 0,15-0,2 МПа. В этом случае даже при возникновении максимальных нагрузок достаточно высота моста 18-25 м. Наличие же на стенках колонны слоя бурового раствора толщиной 1-2 мм приводит к уменьшению напряжения сдвига и увеличению необходимой высоты до 180-250 м, с тем, чтобы обеспечить возможность приложения максимальной нагрузки. В связи с этим высоту цементного моста следует так же определять и из уравнения: Нм>Но=Qм/πДс[∆τм] , где Но - глубина установки нижней части моста; Qм - осевая нагрузка на мост, обуславливаемая как перепадом давления, так и разгрузкой колоны труб или испытателей пластов; Дс - диаметр скважины; [∆τм] - удельная несущая способность моста, величина которой определяется как адгезионными свойствами тампонажного материала, так и способом установки моста. Герметичность моста также зависит от его высоты и состояния поверхности контакта, так как давление, при котором происходит прорыв воды, прямо пропорционально длине и обратно пропорционально толщине корки. При наличии между обсадной колонной и цементным камнем глинистой корки с напряжением сдвига 6,8-4,6 кПа и толщиной 3-12 мм градиент давления прорыва воды составляет соответственно 1,8-0,6 МПа на 1 м. При наличии на корке пленки нефти давление резко уменьшается. При отсутствии корки между стенкой скважины и цементным камнем прорыв воды происходит при градиенте давления свыше 7 МПа/м. Следовательно, герметичность моста в значительной степени зависит так же от условий и способа его установки. Корка при твердении цементного раствора обезвоживается, в ней появляются трещины. В связи с этим высоту цементного моста следует так же определять и из уравнения: Нм>Но= рм/[∆р], где рм - максимальный перепад давления, действующий на мост при его эксплуатации. [∆р] - допустимый градиент давления прорыва флюида по зоне контакта моста со стенкой скважины; эту величину определяют в основном в зависимости от способа установки моста и применяемых тампонажных материалов. Выбирают большее значение высоты цементных мостов, определенных по формулам 1 и 2. Ориентировочные значения [∆τм] и [∆р] при установке мостов через заливочную колонны с применением раствора из портландцемента в зависимости о технологии установки приведены в таблице. Условия и технологические мероприятия по установке моста [∆р], МПа/м [∆τм], МПа В обсаженной скважине С применением скребков и моющих буферных жидкостей С применением моющих буферных жидкостей 0,5 Без скребков и буферных жидкостей 0,5 В необсаженной скважине С применением скребков и моющих буферных жидкостей 0,5 С применением абразивных буферных жидкостей 0,2 С применением неабразивных буферных жидкостей 0,05 Без буферных жидкостей 0,5 0,01 Цементные мосты должны быть достаточно прочными. Практика работ показывает, что если при испытании на прочность мост не разрушается при создании на него удельной осевой нагрузки 3-6 МПа и одновременной промывке, то его прочностные свойства удовлетворяют условиям как забуривания нового ствола, так и нагружения от веса колонны труб или испытателя пластов. При установке мостов для забуривания нового ствола к ним предъявляется дополнительное требование по высоте. Это обусловлено тем, что прочность верхней части моста Н1 должна обеспечить возможность забуривания нового ствола с допустимой интенсивностью искривления, а нижняя часть Н0 - надежную изоляцию старого ствола. Нм=Н1+Н0=√2ДсRс + Н0, где Rс - радиус искривления ствола. Расчет объем тампонажного материала Доставка в интервал установки моста тампонажного раствора необходимого качества и объема - одно из важнейших условий благоприятного исхода работ. Производственный опыт, подтвержденный научными исследованиями, свидетельствует о потерях цементного раствора за счет адгезии (налипания) на стенки труб и смешения с буровым раствором и, кроме того, об ошибках в определении объема прокачанной продавочной жидкости. Для предупреждения продавливания в интервал установки цементного моста смеси тампонажного раствора с продавочной жидкостью или собственно продавочной жидкости при определении ее объема Vп следует исходить из уравнений Vп=Vт (1-∆V) ∆V= НмSт/ Vт+С0+С1+С3 где Vт - внутренний объем колонны заливочных труб, м3 ∆V - относительное превышение над внутренним объемом заливочной колонны объема продавочной жидкости, Нм - протяженность цементного моста, м Sт - внутреннего сечения колонны в интервале установки цементного моста, м2 С0 - коэффициент, учитывающий неточность продавливания цементного раствора при контроле по объему продавочной жидкости; С1 - коэффициент потерь вследствие адгезии цементного раствора на стенках труб; С3 - коэффициент потерь цементного раствора при смешении со второй порцией буферной жидкости. Необходимый объем тампонажного раствора определяется Vц=НSс+ Vт(С1+С2+С3+С4) где Sс - площадь поперечного сечения скважины в интервале установки цементного моста, м2; С2 - коэффициент потери цементного раствора при смешении с первой порцией буферной жидкости. Коэффициенты Для бурильных труб с Для НКТ высаженными внутрь концами С буферной Без буферной С буферной Без буферной жидкостью жидкости жидкостью жидкости С1 0,01 0,03 - 0,01 С2 0,02 0,04 0,01 0,02 С3 0,02 0,03 0,01 0,02 С4 0,02 - 0,02 - С5 0,40 - 0,4 - С6 0,03 0,2 0,03 0,2 С0 0,01 0,02 0,01 Объемы первой и второй порций буферной жидкости (воды), исходя из условия исключения смешивания (полного разделения тампонажного и бурового растворов), можно рассчитать по формулам: для первой порции: V1=C4Vт+С5НмSc для второй порции V2=C4Vп где С4 и С5 - коэффициенты потери буферной жидкости в результате ее адгезии соответственно к стенкам заливочных труб и кольцевом пространстве. Некачественная установка цементных мостов или вообще их отсутствие, преждевременное схватывание раствора и другие факторы в определенной степени обусловлены неверным подбором рецептуры вяжущих веществ по срокам загустевания (схватывания) или отклонениями от подобранной в лаборатории рецептуры, допущенными при приготовлении раствора. Для уменьшения вероятности возникновения осложнений сроки схватывания, а при высоких температурах и давлениях сроки загустевания должны превышать продолжительность работ по установке мостов не менее чем на 25%. В ряде случаев при подборе рецептур растворов не учитывают специфики работ, заключающихся в установке циркуляции для подъема колонны заливочных труб и герметизации устья. В условиях высоких температур и давления сопротивление сдвигу цементного раствора, даже после кратковременных остановок (10-20 минут) циркуляции, может резко возрасти. Поэтому циркуляцию восстановить не удается и в большинстве случаев колонна заливочных труб оказывается прихваченной. Вследствие этого при разработке рецептуры цементного раствора необходимо исследовать динамику загустевания на консистометре (КЦ-3) по программе имитирующей процесс установки моста. Условия Продолжительность исследования на КЦ исследований Tоп Pоп Вращение мешалки Нагрев до комнатной Повышение температуры до Тдин давления до Рдин Да Т1+Т2+Т3 Поддержание температуры Поддержание давления опыта в пределах в пределах Тдин<Топ<Тст Рст<Роп<Рдин Нет 1,5(Т4+Т5+Т6) То же То же Да 1,2Т7 Величины Tоп, Pоп - температура и давление при проведение опыта; Рдин, Рст - динамическое и статическое давление в зоне установки моста. Время загустевания цементного раствора Тзаг должно соответствовать условию Тзаг>Т1+Т2+Т3+1,5 (Т4+Т5+Т6)+1,2Т7 где Т1,Т2, Т3 - затраты времени соответственно на приготовление, закачивание и продавливание цементного раствора в скважину; Т4,Т5,Т6 - затраты времени на подъем колонны заливочных труб до места срезки моста, на герметизацию устья и производство подготовительных работ по срезке моста; Т7 - затраты времени на срезку моста. По аналогичной программе необходимо исследовать смеси цементного раствора с буровым в соотношении 3:1, 1:1, 1:3 при установке цементных мостов в скважинах с высокими температурой и давлением. Успешность установки цементного моста в значительной степени зависит от точного соблюдения подобранной в лаборатории рецептуры при приготовлении цементного раствора. Здесь главные условия - выдерживание подобранного содержания химических реагентов в жидкости затворения и водоцементного отношения. Требования, предъявляемые к тампонажному материалу. - тампонажный раствор должен обладать достаточными для проведения работ временем загустевания и сроками схватывания; - тампонажный раствор должен обладать определенной водоудерживающей способностью и не расслаиваться в состоянии покоя на жидкую и твердую фазы; - обладать низкой водоотдачей, которая позволяет: * уменьшить загрязнение породы фильтратом раствора; * регулировать время затвердевания раствора; * предотвратить чрезмерную усадку (уменьшение в объеме) тампонажного камня при схватывании раствора, т.е. более полно заполнить пространство тампонажным материалом; - прочность затвердевшего тампонажного камня основной показатель для установки цементных мостов. Он должен иметь прочность, выдерживающую разгрузку бурильного инструмента или НКТ с усилием при проверке качества моста. Прочность цементного камня характеризуется временным сопротивлением сжатию, изгибу и растяжению. В скважине в цементном кольце в основном возникают напряжения от изгибающих и сжимающих нагрузок. - создаваемый цементный камень должен быть коррозионно-устойчивым в агрессивных пластовых средах (высокоминерализованных, сероводородных). - тампонажные материалы должны иметь короткий срок между началом загустевания и проявлением несущей способности у затвердевшего раствора. - иметь регулируемые сроки схватывания.
|