СОДЕРЖАНИЕ
1. Промышленные испытания бурового раствора: стабильность и суточный 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 цементирования скважин
Список используемой литературы
ПромыШЛЕННЫЕ испытания бурового раствора: стабильность и суточный отстой
Основные понятия
При бурении вращательным способом в скважине постоянно циркулирует поток жидкости, которая ранее рассматривалась только как средство для удаления продуктов разрушения (шлама). В настоящее время она воспринимается, как один из главных факторов обеспечивающих эффективность всего процесса бурения.
При проведении буровых работ циркулирующую в скважине жидкость принято называть – буровым раствором или промывочной жидкостью. Буровой раствор кроме удаления шлама должен выполнять другие, в равной степени важные функции, направленные на эффективное, экономичное, и безопасное выполнение и завершение процесса бурения.
Часть свойств бурового раствора могут измеряться буровой бригадой, обычно это плотность бурового раствора, условная вязкость, и водоотдача. Кроме того, бригадой могут измеряться содержание песка, а также концентрацию солей и щелочность раствора.
Однако для качественного управления свойствами бурового раствора, позволяющего обеспечивать эффективное выполнение им заданных функций, такого набора параметров явно недостаточно.
Например, в качестве технологических показателей устойчивости промывочной жидкости как дисперсной системы используются стабильность и суточный отстой.
Характеристика параметров
Показатель стабильности (С) – измеряется с помощью прибора ЦС-2, изображенного на рисунке 1, представляющего собой металлический цилиндр объемом 800 см3 со сливным отверстием в середине.
Рисунок 1 – "Прибор для измерения стабильности"
При измерении отверстие перекрывают резиновой пробкой, цилиндр заливают испытываемым раствором, закрывают стеклом и оставляют в покое на 24 ч. По истечении этого срока отверстие открывают и верхнюю половину раствора сливают в отдельную емкость. Ареометром определяют плотность верхней и нижней частей раствора. За меру стабильности принимают разность плотностей раствора в нижней и верхней частях цилиндра.
Чем меньше значение С, тем стабильность раствора выше.
Суточный отстой измеряют с помощью стеклянного мерного цилиндра объемом 100 см3, представленного на рисунке 2, обозначают буквой 0.
Рисунок 2 – "Прибор для измерения суточного отстоя"
Испытываемую жидкость осторожно наливают в мерный цилиндр до отметки 100 см3, закрывают стеклом и оставляют в покое на 24 ч, после чего визуально определяют величину слоя прозрачной воды, выделившейся в верхней части цилиндра. Отстой выражают в процентах выделившейся жидкости от объема пробы. Чем меньше суточный отстой, тем устойчивее, стабильнее промывочная жидкость.
Эти параметры следует измерять при температурах, соответствующих температуре раствора в скважине.
Стабильным считается раствор, у которого С = 0,02-0,03 г/см3, 0 = 3-4%.
Тампонажные материалы для цементирования скважин
Основные понятия
После бурения и обустройства дальнейшая эксплуатация скважин должна производиться в соответствии с инструкциями и рекомендациями, указанными в паспорте на скважину, что позволяет обеспечить ее бесперебойную и качественную работу. В некоторых ситуациях, когда эксплуатация водозаборных скважин становится невозможной в силу разного рода причин: технических, экономических, санитарных или других – производится ликвидация скважины. Ликвидацию называют также тампонаж скважины (цементаж) – это комплекс мер для защиты и сохранения недр.
Цементирование скважин подразумевает:
Ø закачивание цементного раствора для временной консервации водозаборных скважин или полной ликвидации;
Ø упрочнение ствола скважины и отсечение нежелательных водоносных пластов, препятствие смешению вод при 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 целлюлозного производства и пр.) добавок, позволяющих после затворения водой или иной жидкостью получить раствор, а затем камень обусловленного качества.
Тампонажные материалы – материалы, которые при затворении водой образуют суспензии, способные затем превратиться в твердый непроницаемый камень.
Классификация тампонажных материалов
В зависимости от вида вяжущего материала тампонажные материалы делятся на:
1) тампонажный цемент на основе портландцемента;
2) тампонажный цемент на основе доменных шлаков;
3) тампонажный цемент на основе известково-песчаных смесей;
4) прочие тампонажные цементы (белиловые и др.).
При цементировании скважин применяют только два первых вида - тампонажные цементы на основе портландцемента и доменных шлаков.
К цементным растворам предъявляют следующие основные требования:
Ø подвижность раствора должна быть такой, чтобы его можно было закачивать в скважину насосами, и она должна сохраняться от момента приготовления раствора (затворения) до окончания процесса продавливания;
Ø структурообразование раствора, т. е. загустевание и схватывание после продавливания его за обсадную колонну, должно проходить быстро;
Ø цементный раствор на стадиях загустевания и схватывания и сформировавшийся камень должны быть непроницаемы для воды, нефти и газа;
Ø цементный камень, образующийся из цементного раствора, должен быть коррозионно- и температуроустойчивым, а его контакты с колонной и стенками скважины не должны нарушаться под действием нагрузок и перепадов давления, возникающих в обсадной колонне при различных технологических операциях.
В зависимости от добавок тампонажные цементы и их растворы подразделяют на:
Ø песчаные,
Ø волокнистые,
Ø гельцементные,
Ø пуццолановые,
Ø сульфатостойкие,
Ø расширяющиеся,
Ø облегченные с низким показателем фильтрации,
Ø водоэмульсионные,
Ø нефте-цементные и др.
В настоящее время номенклатура тампонажных цементов на основе портландцемента и шлака содержит:
1) тампонажные портландцементы для "холодных" и "горячих" скважин ("холодный" цемент - для скважин с температурой до 500С, "горячий" - для температур до 1000С, плотность раствора 1,88 г/см3);
2) облегченные цементы для получения растворов плотностью 1,4 - 1,6 г/см3 на базе тампонажных портландцементов, а также на основе шлакопесчаной смеси (до температур 90 - 1400С), в качестве облегчающих добавок используют глино-порошки или молотые пемзу, трепел, опоку и др.;
3) утяжеленные цементы для получения растворов плотностью не менее 2,15 г/см3 на базе тампонажных портландцементов для температур, соответствующих "холодным" и "горячим" цементам, а также шлакопесчаной смеси для температур 90 - 1400С (в качестве утяжеляющих добавок используют магнетит, барит и др.);
4) термостойкие шлакопесчаные цементы для скважин с температурой 90 - 140 и 140 - 1800С;
5) низкогигроскопические тампонажные цементы, предназначенные для длительного хранения.
Регулируют свойства цементных растворов изменением водоцементного отношения (В:Ц), а также добавлением различных химических реагентов, ускоряющих или замедляющих сроки схватывания и твердения, снижающих вязкость и показатель фильтрации.
В практике бурения в большинстве случаев применяют цементный раствор с В:Ц=0,4 - 0,5. Нижний предел В:Ц ограничивается текучестью цементного раствора, верхний предел - снижением прочности цементного камня и удлинением срока схватывания.
К ускорителям относятся
Ø хлористые кальций,
Ø калий и натрий;
Ø жидкое стекло (силикаты натрия и калия);
Ø кальцинированная сода;
Ø хлористый алюминий.
Эти реагенты обеспечивают схватывание цементного раствора при отрицательных температурах и ускоряют схватывание при низких температурах (до 40 °С).
Замедляют схватывание цементного раствора также химические реагенты, такие как:
Ø гидролизованный полиакрилонитрил,
Ø карбоксиметилцеллюлоза,
Ø полиакриламид,
Ø сульфит-спиртовая барда,
Ø конденсированная сульфит-спиртовая барда,
Ø нитролигнин.
Перечисленные реагенты оказывают комбинированное действие. Все они понижают фильтрацию и одновременно могут увеличивать или уменьшать подвижность цементного раствора.
Для приготовления цементного раствора химические реагенты растворяют предварительно в жидкости затворения (вода). Утяжеляющие, облегчающие и повышающие темпера-туростойкость добавки смешивают с вяжущим веществом в процессе производства (специальные цементы) или перед применением в условиях бурового предприятия (сухие цементные смеси).