М. В. Газонаполненные тампонажные системы для крепления скважин
| Вид материала | Документы |
Содержание1.7 Теоретические предпосылки решения поставленной цели и задач исследований |
- Программа 40 часового курса по теме: «Современные технологии и технические средства, 64.91kb.
- Реферат на тему: " Бурение скважин с винтовыми забойными двигателями", 142.27kb.
- Методические указания и контрольные задания учебной дисциплины «Технология текущего, 962.09kb.
- Министерство образования российской федерации государственное образовательное учреждение, 185kb.
- Гидравлический разрыв пластов, 80.21kb.
- Конференция spe технологии бурения и заканчивания горизонтальных скважин, многоствольных, 145.7kb.
- Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников составлены в соответствии, 821.05kb.
- Инновационные технологии, 92.89kb.
- Нормы отвода земель для сооружения геологоразведочных скважин сн 462-74, 114.68kb.
- Группа 2440 расчётно-пояснительная записка к курсовой работе по направленному бурению, 787.94kb.
Продолжение таблицы 1.19
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 7 | Раствор с хрозитил-асбестовыми, ПАВ и полиэтиленовыми добавками | Хрозитил-асбест коротковолокнистый (К-6-30) 8-18 %; полиэтилен низкого давления марки 270-76 (получаемого газофазным методом) 15-23 %; ПАВ 0,24-0,54 % | Используется со шлако-песчанными цементами (ШПЦС-120). Снижение по-верхностного натяжения на границе ра-сдела фаз,образование стабильной сис-темы; Уд.вес 1250-1400 кг/м3; Проч-ность 1,8-2,6 МПа. При темпер. форми-рования 140 0С. Водоотделение 1-5,5 % | Е.П. Катенев [11] |
| 8 | Раствор с примене-нием изола | ПЦТ; Хризотил-асбестовый мате-риализол (отход производства асбеста) | Образование в поровой структуре про-ницаемых пор и образование малопро-ницаемого кольматационного экрана. Уд. вес 1520-1760 кг/м3; Прочность 1,6-3,0 МПа | М.Б.Хадыров [12] |
| 9 | Раствор с примене-нием асбоцемент-ной пыли | ПЦТ, Асбоцементная пыль (преиму-щественно в виде хризотил-асбеста) отходы асбестового производства | Уд.вес 1630-1650 кг/м3; Прочность 1,8-3,0 МПа | Т.М. Бондарчук; М.М. Дячишин [13] |
| 10 | Раствор с примене-нием перлита и его разновидностей | Вспученный перлит; перлитовый песок с трепелом; перлитовый лег-ковес со шламом карналлитового хлоратора; фильтрованный перлит с глинистым минералом; фильтропер-лит с меламинформальдегидной смолой | Предотвращает оседание твердой фазы. Повышается седиментационная устой-чивость. Уд.вес 1210-1700 кг/м3; Проч-ность 0,6-2,96 МПа. Выдерживает давления до 5,9 МПа | А.И. Булатов; В.А. Яковлев [14] А.А. Клюсов [15] Н.А. Мариапольс-кий [16] И.Г. Верещак [17] |
Продолжение таблицы 1.19
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 11 | Раствор с примене-нием шлифовальной пыли и фильтрован-ным перлитом | ШПЦС, отходы шлифовальных асбофрикционных изделий + филь-трованный перлит | Крепление в условиях высоких температур. Уд.вес 1210-1460 кг/м3; Прочность 0,91-2,3 МПа | А.И.Булатов [18] |
| 12 | Раствор с добавле-нием костры, коно-пли, льна | ПЦТ; отходы пенькопроизводства (целлюлоза, пентазан, лигнин) 10-20 %. | Крепление в условиях высоких темпера-тур. Облегчение до 1560 кг/м3 | А.И.Булатов; В.А.Левшин [19] |
| 13 | Добавка резиновой и пенопластовой крошки | ПЦТ; мелкопористая структура пе-нопластовой крошки 2-3 %; резино-вая крошка вулканизированных от-ходов 5,5-15 % | Жесткость каркаса предотвращает попа-дания воды внутрь частицы, обеспечивая надежность облегчающего эффекта. Резиновая крошка улучшает сцепление цементного камня. Уд.вес 1410 1560 кг/м3 | А.Г.Казаков; Ю.С.Зиновьев [20] Н.Х.Каримов; Т.К.Рахматул- лин [21] |
| 14 | Применение минерального органического порошка (МОП) | ПЦТ; Альгинатные растворы 5-7 % | Увеличивает прочность контакта с ме-таллом. Уд.вес 1080-1990 кг/м3, Объемная масса 200-231 кг/м3 | Н.А.Иванова; П.Н.Иноземцев; А.Т.Ковалев [22] |
| 15 | Применение лигни-на и шлам-лигнина | ПЦТ; лигнин, шлам-лигнин 5-15 %, гидролизный лигнин 10-20 % (сили-ката натрия 2-7 %) | Применяется при температурах от 20 до 70 0С. Уд.вес 1300-1400 кг/м3; водосодержание (В/Т) 0,9-1,4 | П.Я.Зельцер [23] А.А.Клюсов [24] |
Продолжение таблицы 1.19
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 16 | Применение смол | ПЦТ; Сополимер стирола и дивинил бензола (КУ-2); фенолформальде-гидная смола ТС ГКС 75-90; кар-бамидоформальдегидная смола; сти-рол-бутадиеновый латекс; верми-кулит | Вермикулит предотвращает поглащения и ГРП, улучшает термодинамические условия эксплуатации 8-17 %; КУ-2,ТС ГКС 75 90 вводятся в кол-ве 8-13 % за-купоривают трещеноватые и пористые породы, обладают низкой теплопрово-дностью, высокая термостойкость, вы-сокая релаксирующая способность. Уд.вес 1520-1760 кг/м3 | А.П.Тарнавский; Н.А.Рябинин [25] Г.Какаджанов; Е.И.Карпенко [26] Н.Ф.Пекарский; Н.П.Маслеев [27] Т.Х.Муксинов; Ж.П.Сающкая [28] |
| 17 | Применение углеродосодержащих материалов | ПЦТ; Использование торфа размером не более 0,08 мм в кол-ве 2-20 %; В качестве ускорителей хлористый кальций и хлористый алюминий. Регуляторы процесса твердения совместно с торфом шламом карналитового хлоратора (КС1 MgCL2∙6H2O). | Улучшает облегчающие способности. Уд.вес 1320-1660 кг/м3 | А.А.Клюсов; А.Т.Горский [29] Л.Т.Федорова [30] |
| 18 | Применение сажи ПМ100;ПМ75;ПМ50 | ПЦТ; Сажа на углеродной основе (10-20 %) | Уд.вес 1420-1760 кг/м3 | А.А.Клюсов [31] |
| 19 | Применение графита | ПЦТ; Графит в сочетании с реаге-нтамикриолита,аморфного глино-зема и углекислым калием(исполь-зование глинистых террикоников) 10-70 % от массы композиции ПЦТ +добавка | Хорошая седиментационная устойчивость, улучшение реологических показателей. Уд.вес 1520-1720 кг/м3 | Р.П.Иванова [32] |
Продолжение таблицы 1.19
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 20 | Использование керогена | ПЦТ; Порошкообразный кероген (органич. вещво горючего сланца) от 5-70 % от твердой смеси, плотн 1350 кг/см3 | Обладает гидрофобными свойствами. Позволяет работать при температурах от минус 10 до 200 0С | А.И.Булатов [33] |
| 21 | Добавка скоп | ПЦТ; Мелкое волокно целлю-лозы(каолин,канифольный клей,кра-хмал) вводится 2,5-3,5 % от массы раствора | Улучшает облегчающие способности. Уд.вес 1480-1640 кг/м3 | В.Н.Розов; М.П.Геранин; В.И.Рябов [34] |
| 22 | Применение алюми-ната натрия | ПЦТ; Хлорид-кальция(5-6 %) + алюминат натрия либо магневые электролизы | Улучшает облегчающие способности. Уд.вес 1580-1740 кг/м3 | А.А.Клюсов [35] |
| 23 | Применение тонкодисперсных кремнеземсодержа-щих материалов | ПЦТ; Зола(продукт сжигания камен-ного угля),пылевидная топливная зола совместно с саморассыпающимся шлаком вводится 10-30 % от общей массы | Улучшает облегчающие способности тампонажного раствора | И.М.Давыдов; В.А.Евецкий; Л.Я.Кизильштейн [36] |
Продолжение таблицы 1.19
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 24 | Применение запеченной пыли электролитов | ПЦТ; Пыль низкотемпературного спекания(хлориды,сульфаты и кар-бонаты щелочных и щелочнозем-ленных металлов, глинит) | Повышается солестойкость и водостойкость. Улучшает облегчающие способ-ности тампонажного раствора | А.А.Клюсов; В.В.Минаков; П.Г.Кожемякин [37] |
| 25 | Применение пыли кремния | ПЦТ; Пыль электролитов совместно с кремниевой пылью(уловленной скрубберами отходы произв. Крем-ния)-50-70 % аморфный кремнезем | С повышением температуры раствори-мость кремнезема возрастает-обеспечивает более твердый камень при высоких температурах | Уфимский нефтяной институт [38] |
| 26 | Применение кремнезема совместно с фосфогипсом; с сульфатом натрия | ПЦТ; Кремнезем ТУ6-08-465-80 плотностью 1200 кг/м3 (на 80 % представлен оксидом кремния) | Улучшает облегчающие способности тампонажного раствора | А.И.Булатов; В.Т.Филиппов; В.В.Гольштейн [39] Е.М.Левин; Л.В.Палий [40] |
| 27 | Применение отходов ферросилиция | ПЦТ; Ферросилиций(полые стеклянные шарики диаметром 0,1 мкм. Насыпная плотность от 100 до 300 кг/м3 | Улучшает облегчающие способности тампонажного раствора | А.А.Клюсов; Ю.Т.Ивченко; В.И.Урманчеев; В.И.Батурин [41] |
| 28 | Применение отходов карбида кальция | ПЦТ; Карбид кальция (кремнезема до 60 %, оксида алюминия до 13 %) | Улучшает облегчающие способности тампонажного раствора | Е.А.Ахметов; И.А.Фирсов; А.И.Ким [42] |
Продолжение таблицы 1.19
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 29 | Кеки скрубберных вод (КСВ) | ПЦТ; КСВ(оксид кремния 75-80 %, карбонад кальция 9-11 %, хлорид натрия 6-9 %) | Высокодисперсный SiO2 активизируется с хлористым натрием и последующей реакцией с цементным клинкером. Улучшает облегчающие способности тампонажного раствора плотность до 1200 кг/м3. Прочность 4,5-18,1 МПа | О.К.Ангелопуло; Х.А.Аль-Варди; К.А.Джабаров; Е.А.Коновалов [43] |
| 30 | Применение цеоли-тизированного туфа гидрофобизиро-ванной породы, ги-дрофобизирован-ного клиноптило-лита | ПЦТ; Циолиты (клиноптилолит) | Формируется структура цементного камня с высокими прочностными характеристиками и изоляционными свойствами. Эффективна в качестве облегчающей добавки | В.Ф.Горский; А.К.Куксов [44] Г.Р.Вагнер; В.М.Шенбергер [45] Е.И.Прийма [46] |
| 31 | Применение АСПМ; ВМС; МС | ПЦТ I-50 ГОСТ 1581-96; стеклянные микросферы из натриево-борсили-катного стекла или алюмосиликатные полые микросферы (АСПМ); Стеклянные высокопрочные газо-наполненные микросферы (ВМС); Хлорид кальция CaCl2 (при регули-ровании сроков схватывания) | Добавка микросфер дает преимущества для цементирования верхних активных отложений(сеноман) до1500 м, облег-ченный раствор применим в темпера-турных диапазонах от +5 до +35 0С | А.А.Фролов; В.Ф.Янкевич; В.П.Овчинников; П.В.Овчинников [47] |
- использование большинства облегчающих добавок требует дополнительного введения ускорителей сроков схватывания и добавок понижающих водоотдачу тампонажного раствора;
- применение газообразующих добавок (алюминиевая пудра и т.д.) не рентабельно, так как они дороги и дефицитны;
- использование отходов угольной промышленности, зол, малодисперсных кремнесодержащих материалов экологически не безопасно;
- шлифовальная пыль и асбестовое волокно содержат канцерогенные вещества;
- керамзит, углеродистые металлы, образуют нестабильные тампонажные растворы с последующим формированием камня имеющего высокую газопроницаемость, низкие физико-механические свойства.
- использование микросфер (МС) от 6 до 12 % в качестве облегчающей добавки снижают плотность цементного раствора с 1860 до 1400 кг/м3. Физико-химические результаты анализа раствора (камня) с добавками микросфер удовлетворяют всем требованиям предъявляемым к тампонажным облегченным композициям для цементирования газовых скважин. При этом цементирование скважин в одну ступень с добавками МС плотностью 1400 кг/м3 сопровождается частыми поглощениями тампонажного раствора.
1.7 Теоретические предпосылки решения поставленной цели и задач исследований
Наличие пластов с аномально низкими давлениями, как отмечено ранее месторождений Среднего Приобья, Севера Тюменской области и Восточной Сибири является в основном причиной поглощений цементных растворов, что приводит к недоподъему тампонажной смеси до необходимой высоты и к некачественному разобщению продуктивных горизонтов. В большинстве случаев поглощение цементных растворов приводит к межколонным нефтегазопроявлениям и нарушению целостности обсадных колонн. Для успешного цементирования скважин и разобщения продуктивных горизонтов в условиях аномально низких пластовых давлений необходимо в первую очередь создать на пласты такое противодавление, чтобы в период образования достаточно прочного цементного камня система пласт - скважина находилась в равновесном состоянии.
Равновесное состояние этой системы при цементировании можно поддерживать, применяя тампонажные растворы с соответствующими свойствами:
- Плотность раствора должна быть от 1000 до 1400 кг/м3 и ниже;
- Реологические параметры, в первую очередь вязкостные, должны обеспечивать равновесие системы пласт - скважина регулированием гидравлических сопротивлений в заколонном пространстве.
Кроме этого, цементный раствор (камень) должен удовлетворять ряду общих требований. Так, тампонажный раствор должен образовывать газонепроницаемый камень с достаточной прочностью. Цементный камень, образующийся в процессе структурообразования и твердения, должен расширяться на величину, обеспечивающую достаточную герметичность контакта цементного камня со стенкой скважины и обсадной трубой.
Плотность тампонажных растворов зависит от удельного веса компонентов, соотношения компонентов в смеси, водоцементного отношения и плотности жидкости затворения. Зависимость плотности раствора от перечисленных факторов двухкомпонентной смеси, состоящей из вяжущего и облегчающей добавки записывается в виде [48]
(1.5)где R - n/m - соотношение компонентов сухой смеси;
n - процентное содержание облегчающей добавки в смеси;
m - процентное содержание ПЦТ;
- В/Ц;
- плотности соответственно первого и второго компонентов в кг/м3;
- жидкости затворения в кг/м3.Ниже (таблица 1.20) приведены результаты расчетов плотности цементного раствора (тампонажный материал ПЦТ I - G) с тремя разными видами облегчающих добавок, применяемых в настоящее время на рассматриваемых нами месторождениях - глинопорошок (Палыгорскитовая глина) плотностью 2300 кг/м3, вермикулит плотностью 1800 кг/м3, микросферы (АСПМ) плотностью 500 кг/м3 c разным водоцементным отношением и процентным содержанием первого [49].
В/Ц варьировалось от 0,35 до 1,0 и соотношение компонентов (ПЦТ - добавка) - 90 : 10; 80 : 20; 70 : 30; 60 : 40; 50 : 50. В качестве жидкости затворения - раствор плотностью 1030 кг/м3 с добавкой CaCl2.
Результаты приведенных расчетов показывают, что влияние всех трех параметров - водоцементного отношения (В/Ц), плотности компонентов и их соотношения - взаимосвязано. Так, при В/Ц от 0,35 до 1,0 плотность раствора для цемента (ρ= 3200 кг/м3) и облегчающей добавки (глинопорошок ρ = 2300 кг/м3) понижается с 2031 до 1487 кг/м3.
Таблица 1.20 - Показатели плотности цементного раствора в зависимости
от плотности компонентов (вяжущее - облегчающая добавка) и В/Ц
| Облегчающая добавка | Плотность добавки, кг/м3 | В/Ц | Соотношение компонентов | ||||
| 90 : 10 | 80 : 20 | 70 : 30 | 60 : 40 | 50 : 50 | |||
| Глинопоро-шок (Палыгорски-товая глина) | 2300 | 0,35 | 2031 | 1994 | 1959 | 1925 | 1892 |
| 0,44 | 1907 | 1884 | 1855 | 1826 | 1798 | ||
| 0,60 | 1763 | 1740 | 1717 | 1694 | 1673 | ||
| 0,80 | 1635 | 1616 | 1599 | 1582 | 1565 | ||
| 1,00 | 1543 | 1529 | 1515 | 1502 | 1487 | ||
| Вермикулит | 1800 | 0,35 | 1995 | 1926 | 1861 | 1801 | 1744 |
| 0,44 | 1885 | 1827 | 1772 | 1720 | 1672 | ||
| 0,60 | 1740 | 1695 | 1653 | 1612 | 1574 | ||
| 0,80 | 1617 | 1582 | 1549 | 1517 | 1487 | ||
| 1,00 | 1529 | 1501 | 1474 | 1448 | 1423 | ||
| Микросферы (АСПМ) | 500 | 0,35 | 1644 | 1363 | 1165 | 1017 | 903 |
| 0,44 | 1585 | 1336 | 1155 | 1017 | 909 | ||
| 0,60 | 1504 | 1298 | 1141 | 1019 | 920 | ||
| 0,80 | 1430 | 1261 | 1128 | 1020 | 931 | ||
| 1,00 | 1378 | 1233 | 1117 | 1021 | 940 |
При этом плотность 1487 кг/м3 достигается при В/Ц = 1,0 и соотношении компонентов 50 : 50. Большое содержание облегчающей добавки (50 %) отрицательно влияет на физико - механические характеристики раствора (камня). Оптимальное количество добавки, т.е. соотношение должно находиться в пределах 80 : 20. Количество добавки до 20 % и В/Ц = 1,0 снижает плотность раствора до 1529 кг/м3. Высокое содержание воды в цементном растворе влияет в дальнейшем на седиминтационную устойчивость тампонажной композиции. Таким образом, влияние В/Ц на плотность раствора тем существеннее, чем выше плотность компонента. На рисунке 1 показана зависимость плотности раствора от В/Ц и соотношения компонентов.
