Негосударственноечастное образовательное учреждение
Высшегопрофессионального образования
Кубанскийсоциально-экономический институт
Специальность:Экономика и управление на предприятии (нефтяная и газовая промышленность)
Дисциплина:Буровые, промывочные и тампонажные растворы
Контрольнаяработа
Краснодар 2010 г.
СОДЕРЖАНИЕ
1. Промышленные испытания бурового раствора: стабильность исуточный отстой
1.1 Основные понятия
1.2 Характеристика параметров
2. Тампонажные материалы для цементирования скважин
2.1 Основные понятия
2.2 Классификация тампонажных материалов
2.3 Требования к тампонажным материалам для цементированияскважин
Список используемой литературы
1.ПромыШЛЕННЫЕ испытания бурового раствора: стабильность и суточный отстой
1.1 Основные понятия
При бурении вращательнымспособом в скважине постоянно циркулирует поток жидкости, которая ранеерассматривалась только как средство для удаления продуктов разрушения (шлама).В настоящее время она воспринимается, как один из главных факторовобеспечивающих эффективность всего процесса бурения.
При проведении буровыхработ циркулирующую в скважине жидкость принято называть – буровымраствором или промывочной жидкостью. Буровой раствор кроме удаленияшлама должен выполнять другие, в равной степени важные функции, направленные наэффективное, экономичное, и безопасное выполнение и завершение процесса бурения.
Часть свойств буровогораствора могут измеряться буровой бригадой, обычно это плотность буровогораствора, условная вязкость, и водоотдача. Кроме того, бригадой могутизмеряться содержание песка, а также концентрацию солей и щелочность раствора.
Однако для качественногоуправления свойствами бурового раствора, позволяющего обеспечивать эффективноевыполнение им заданных функций, такого набора параметров явно недостаточно.
Например, в качестветехнологических показателей устойчивости промывочной жидкости как дисперснойсистемы используются стабильность и суточный отстой.
1.2 Характеристикапараметров
Показательстабильности ( С)– измеряется с помощью прибора ЦС-2, изображенного на рисунке 1, представляющегособой металлический цилиндр объемом 800 см3 со сливным отверстием в середине.
/>
Рисунок 1 – «Прибор дляизмерения стабильности»
При измерении отверстиеперекрывают резиновой пробкой, цилиндр заливают испытываемым раствором,закрывают стеклом и оставляют в покое на 24 ч. По истечении этого срокаотверстие открывают и верхнюю половину раствора сливают в отдельную емкость.Ареометром определяют плотность верхней и нижней частей раствора. За мерустабильности принимают разность плотностей раствора в нижней и верхней частяхцилиндра.
Чем меньше значение С,тем стабильность раствора выше.
Суточный отстой измеряют с помощью стеклянногомерного цилиндра объемом 100 см3, представленного на рисунке 2, обозначаютбуквой 0.
/>
Рисунок 2 – «Прибордля измерения суточного отстоя»
Испытываемую жидкостьосторожно наливают в мерный цилиндр до отметки 100 см3, закрывают стеклом иоставляют в покое на 24 ч, после чего визуально определяют величину слояпрозрачной воды, выделившейся в верхней части цилиндра. Отстой выражают впроцентах выделившейся жидкости от объема пробы. Чем меньше суточный отстой,тем устойчивее, стабильнее промывочная жидкость.
Эти параметры следуетизмерять при температурах, соответствующих температуре раствора в скважине.
Стабильным считается раствор, у которого С= 0,02-0,03 г/см3, 0 = 3-4%.
2.Тампонажные материалы для цементирования скважин
2.1 Основные понятия
После бурения иобустройства дальнейшая эксплуатация скважин должна производиться всоответствии с инструкциями и рекомендациями, указанными в паспорте наскважину, что позволяет обеспечить ее бесперебойную и качественную работу. Внекоторых ситуациях, когда эксплуатация водозаборных скважин становитсяневозможной в силу разного рода причин: технических, экономических, санитарныхили других – производится ликвидация скважины. Ликвидацию называют такжетампонаж скважины (цементаж) – это комплекс мер для защиты исохранения недр.
Цементирование скважинподразумевает:
Ø закачиваниецементного раствора для временной консервации водозаборных скважин или полнойликвидации;
Ø упрочнение стволаскважины и отсечение нежелательных водоносных пластов, препятствие смешению водпри дальнейшем бурении скважины под воду.
Тампонажный цемент– продукт,состоящий из одного или нескольких вяжущих (портландцемента, шлака, извести,органических материалов и т.д.), минеральных (кварцевого песка, асбеста, глины,шлака или др.) или органических (хлопковых очесов, отходов целлюлозногопроизводства и пр.) добавок, позволяющих после затворения водой или инойжидкостью получить раствор, а затем камень обусловленного качества.
Тампонажныематериалы – материалы,которые при затворении водой образуют суспензии, способные затем превратиться втвердый непроницаемый камень.
2.2 Классификациятампонажных материалов
В зависимости от видавяжущего материала тампонажные материалы делятся на:
1) тампонажный цемент наоснове портландцемента;
2) тампонажный цемент наоснове доменных шлаков;
3) тампонажный цемент наоснове известково-песчаных смесей;
4) прочие тампонажныецементы (белиловые и др.).
При цементированиискважин применяюттолько два первых вида — тампонажные цементы на основе портландцемента идоменных шлаков.
К цементным растворампредъявляют следующие основные требования:
Ø подвижностьраствора должна быть такой, чтобы его можно было закачивать в скважинунасосами, и она должна сохраняться от момента приготовления раствора(затворения) до окончания процесса продавливания;
Ø структурообразованиераствора, т. е. загустевание и схватывание после продавливания его за обсаднуюколонну, должно проходить быстро;
Ø цементный растворна стадиях загустевания и схватывания и сформировавшийся камень должны бытьнепроницаемы для воды, нефти и газа;
Ø цементный камень,образующийся из цементного раствора, должен быть коррозионно- итемпературоустойчивым, а его контакты с колонной и стенками скважины не должнынарушаться под действием нагрузок и перепадов давления, возникающих в обсаднойколонне при различных технологических операциях.
В зависимости от добавоктампонажные цементы и их растворы подразделяют на:
Ø песчаные,
Ø волокнистые,
Ø гельцементные,
Ø пуццолановые,
Ø сульфатостойкие,
Ø расширяющиеся,
Ø облегченные с низким показателемфильтрации,
Ø водоэмульсионные,
Ø нефте-цементные и др.
В настоящее времяноменклатура тампонажных цементов на основе портландцемента и шлака содержит:
1) тампонажныепортландцементы для «холодных» и «горячих» скважин («холодный»цемент — для скважин с температурой до 500С, «горячий» — длятемператур до 1000С, плотность раствора 1,88 г/см3);
2) облегченные цементыдля получения растворов плотностью 1,4 — 1,6 г/см3 на базе тампонажныхпортландцементов, а также на основе шлакопесчаной смеси (до температур 90 — 1400С), в качестве облегчающих добавок используют глино-порошки или молотыепемзу, трепел, опоку и др.;
3) утяжеленные цементыдля получения растворов плотностью не менее 2,15 г/см3 на базе тампонажныхпортландцементов для температур, соответствующих «холодным» и «горячим»цементам, а также шлакопесчаной смеси для температур 90 — 1400С (в качествеутяжеляющих добавок используют магнетит, барит и др.);
4) термостойкиешлакопесчаные цементы для скважин с температурой 90 — 140 и 140 — 1800С;
5) низкогигроскопическиетампонажные цементы, предназначенные для длительного хранения.
Регулируют свойствацементных растворов изменением водоцементного отношения (В: Ц), а такжедобавлением различных химических реагентов, ускоряющих или замедляющих срокисхватывания и твердения, снижающих вязкость и показатель фильтрации.
В практике бурения вбольшинстве случаев применяют цементный раствор с В: Ц=0,4 — 0,5. Нижний пределВ: Ц ограничивается текучестью цементного раствора, верхний предел — снижениемпрочности цементного камня и удлинением срока схватывания.
К ускорителямотносятся
Ø хлористые кальций,
Ø калий и натрий;
Ø жидкое стекло (силикаты натрия и калия);
Ø кальцинированная сода;
Ø хлористый алюминий.
Эти реагенты обеспечиваютсхватывание цементного раствора при отрицательных температурах и ускоряютсхватывание при низких температурах (до 40 °С).
Замедляют схватываниецементного раствора также химические реагенты, такие как:
Ø гидролизованный полиакрилонитрил,
Ø карбоксиметилцеллюлоза,
Ø полиакриламид,
Ø сульфит-спиртовая барда,
Ø конденсированная сульфит-спиртоваябарда,
Ø нитролигнин.
Перечисленные реагентыоказывают комбинированное действие. Все они понижают фильтрацию и одновременномогут увеличивать или уменьшать подвижность цементного раствора.
Для приготовленияцементного раствора химические реагенты растворяют предварительно в жидкостизатворения (вода). Утяжеляющие, облегчающие и повышающие темпера-туростойкостьдобавки смешивают с вяжущим веществом в процессе производства (специальныецементы) или перед применением в условиях бурового предприятия (сухие цементныесмеси).
2.3 Требования ктампонажным материалам для цементирования скважин
Успех цементировочныхработ определяетсятехникой и технологией проведения процессов цементирования, качествомподготовительных работ, тампонажного материала и полнотой замещения буровогораствора тампонажным.
Для выбора рецептурытампонажного раствора при цементировании скважин не всегда можно поустановленному геотермическому градиенту точно вычислить температуру забояскважины.
При цементированиискважин необходимо знать статическую и динамическую температуры.
Статическаятемпература —это температура пород нетронутого массива. В скважинах температура забояпринимается близкой к статической, если буровой раствор в ней не циркулирует втечение 2 — 4 сут.
Под динамическойтемпературой понимается установившаяся температура в скважине нанекоторой глубине в процессе циркуляции в ней бурового раствора. Практическисчитается, что постоянная динамическая температура устанавливается в скважинепосле одного-двух циклов циркуляции бурового раствора. Динамическая температурана забое всегда ниже статической. Разность температур зависит от рядагеолого-технических и технологических условий и составляет для скважин глубинойдо 6000 м десятки градусов. Однако в каждом конкретном случае ее следуетпроверять.
Для первичногоцементированияскважин рецептуру тампонажного раствора подбирают с учетом динамическойтемпературы, для проведения повторных цементирований — исходя из статическойтемпературы.
Требования ктампонажным материалам для цементирования нефтяных и газовых скважин в основном определяютсягеолого-техническими условиями в скважинах. Проблема выбора материалов сложна.Тампонажный раствор должен оставаться подвижным во время транспортирования взаколонное пространство и сразу же после прекращения процесса затвердеть вбезусадочный камень с определенными физико-механическими свойствами. Указанныепроцессы происходят в стволе скважины сложной конфигурации, где температуры идавления изменяются с глубиной, имеются поглощающие и высоконапорные пласты, атакже пласты с наличием минерализованных вод, нефти и газа. При такихизменяющихся условиях один тип цемента или одна и та же рецептура тампонажногораствора не могут быть одинаково приемлемы. Один тип цемента не может отвечатьвсем требованиям, связанным с разнообразием условий даже в одной скважине.
Для осуществленияпроцесса цементирования с наибольшим вытеснением бурового раствора тампонажнымследует выполнить ряд специальных мероприятий. Такие мероприятия могут ине обеспечить полного вытеснения бурового раствора тампонажным, однако винтервалах обязательного заполнения тампонажным раствором этого добиться можно.Необходимо обеспечить контактирование тампонажного раствора со стенкой скважиныи обсадной колонной. Применение комплекса технологических мероприятий срасхаживанием обсадных колонн при использовании скребков и другихприспособлений изменит условия формирования тампонажного раствора.
Качественноецементирование скважин следует планировать на стадии бурения, обеспечивая форму ствола,приближающуюся по конфигурации к цилиндру.
Подвижностьтампонажного раствора. Наиболее важное свойство тампонажного раствора — его подвижность, т.е.способность легко прокачиваться по трубам в течение необходимого для проведенияпроцесса цементирования времени. Подвижность (растекаемость) раствораустанавливается при помощи конуса АзНИИ. Это свойство тампонажных материаловопределяется природой вяжущего, тонкостью помола, водоцементным отношением,количеством, степенью загрязненности и удельной поверхностью наполнителя,добавок, а также условиями, в которых раствор пребывает в течение процессацементирования, временем и способом перемешивания раствора. Требуемаяподвижность раствора обусловлена техникой и технологией проведения тампонажныхработ и может быть изменена в желаемую сторону.
Метод определенияподвижностипозволяет быстро подбирать количество воды при соответствующем составе смеси.Полученные при этом результаты могут рассматриваться как ориентировочные. Дляглубоких скважин с малыми зазорами растекаемость тампонажных раствороврекомендуется повышать до 22 см. Раствор считается соответствующим ГОСТ1581—91, если диаметр круга расплывшегося раствора не менее 180 мм при водоцементном отношении 0,5.
Плотностьтампонажного раствора — одна из важнейших его характеристик. В процессе цементированияскважины плотность — практически пока единственный критерий для оценки качестватампонажного раствора.
Колебания плотноститампонажногораствора при цементировании указывает на изменения его водоцементного отношения.Такие колебания считаются нарушением технологического режима процесса и могутпривести к осложнениям, в частности, к повышению давления при цементировании.Особенно трудно на практике придерживаться заданной рецептуры при затворениицементных смесей, дающих облегченные тампонажные растворы. Уменьшение плотности— это увеличение водоцементного отношения, что приводит к ухудшению свойствкамня.
Учитывая, чтоводоцементное отношение определяет и другие физико-механические свойства,необходимо строго контролировать изменение плотности тампонажного раствора прицементировании и не допускать отклонений от заданной величины. Процессцементирования проходит обычно нормально, если колебания плотности не превышают0,02 г/см3.
Сроки схватываниятампонажных растворов. Пригодность тампонажного раствора для транспортирования в заколонноепространство скважины оценивается сроками схватывания. Для определения этихсроков при температурах 22 и 75 °С применяют прибор, называемый иглой Вика.
Началом схватываниясчитается время от момента затворения цемента водой до момента, когда игла,погружаясь в раствор, не доходит до нижней пластины на 0,5—1,0 мм, а концомсхватывания — время от момента затворения цемента водой до момента, когда игла,погружаясь в раствор, проникает в него не более, чем на 1 мм.
Для определения сроковсхватывания тампонажных растворов при высоких температурах и давленияхприменяют специальный прибор — автоклав, рассчитанный на рабочее давление до100 МПа и высокую температуру.
Сроки схватываниятампонажных растворов подбирают исходя из конкретных условий.
Консистенциятампонажного раствора. Для цементирования глубоких высокотемпературных скважин кроме сроковсхватывания в статических условиях необходимо устанавливать изменениезагустевания (консистенции) тампонажных растворов во времени в процессе ихперемешивания
Списокиспользуемой литературы
1. Булатов А.И., Макаренко П.П., Проселков Ю.М. Буровыепромывочные и тампонажные растворы: Учеб. пособие для вузов. — М.: ОАО «Издательство»Недра", 1999. — 424 с.
2. Булатов А. И., Данюшевский В.С. Тампонажные материалы:Учебн. пособие для вузов, —М:. Недра
3. Булатов А. И Тампонажные материалы и технологияцементирования скважин: Учеб. для техникумов. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.:Недра