Программа исследования тампонажного раствора

 

 

Условия исследования на КЦ	Продолжительность исследования
tоп	Pоп	вращение мешалки
Нагрев от комнатной температуры до tдин   tдин < tоп < tст   То же	Повышение давления до Рдин     Рст < Роп < Рдин   То же	Да   Нет   Да	Т1 + Т2 + Т3   1,5 (Т4 + Т5 + Т6)   1,2 Т7

 

Примечание: t_оп и Р_оп – температура и давление при проведении опыта; t_дин, t_с – динамическая и статическая температура в интервале установки моста; Р_дин и Р_ст - динамическое и статическое давление в скважине соответственно.

 

При этом время загустевания цементного раствора Т_заг, должно соответствовать условию:

 

Т_заг > Т₁ + Т₂ + Т₃ + 1,5 (Т₄ + Т₅ + Т₆) + 1,2 Т₇,

 

где Т₁, Т₂, Т₃ – затраты времени соответственно на приготовление, закачивание и продавливание цементного раствора в скважину;

Т₄, Т₅, Т₆ – затраты времени на подъем колонны труб до глубины срезки моста, герметизацию устья и подготовку к срезке моста;

Т₇ – затраты времени на срезку моста.

При установке мостов в глубоких скважинах по указанной программе также необходимо исследовать смеси цементного раствора с находящимися с ним в контакте жидкостями, взятыми в соотношениях 3:1, 1:1 и 1:3. В некоторых случаях необходимо применение буферных жидкостей.

Другим не менее важным фактором является реализация выбранной рецептуры при приготовлении цементного раствора. Главными условиями при этом являются поддержание необходимых концентраций химреагентов в жидкости затворения и водоцементного отношения. Для этого количество используемых материалов нужно определять соответствующими способами: жидкие — по объему, сухие — по массе с необходимой точностью. Поскольку в процессе приготовления возможно насыщение раствора воздухом, контроль только по плотности не может быть достаточным, поэтому весь объем раствора следует готовить в осреднительной емкости, контролируя его качество по общему расходу жидкости затворения и цемента. При этом схема приготовления должна предусматривать возможность дополнительного ввода в раствор какого-либо из его компонентов.

Перед установкой цементного моста подбирают тампонажный материал и рецептуру его приготовления. Состав тампонажного раствора определяется геолого-техническими условиями скважины (пластовое давление, температура, давление гидроразрыва пласта, высота столба моста). Поэтому рекомендуют следующий выбор тампонажных материалов.

1. Облегченные цементы для получения растворов плотностью 1400 ¸ 1600 кг/м³, на базе тампонажного цемента для «холодных» и «горячих» скважин, а также на основе шлакопесчаной смеси для температур 90 ¸ 140°С — ШПЦС-120 и для температур 160 ¸ 250°С — ШПЦС-200.

2. Утяжеленные цементы для получения растворов плотностью не менее 2150 кг/м³ на базе тампонажного цемента для «холодных» и «горячих» скважин, а также на основе шлакопесчаной смеси для температур 90 ¸ 140°С — УШЦ-120; для температур 160 ¸ 250°С — УШЦ-200.

Из тампонажного портландцемента получают цементный раствор плотностью 1820 - 1850 кг/м³ с водоцементным отношением 0,5. Причем, начало схватывания при температуре 20 ¸ 30°С длится до 10 часов. При более высоких температурах время схватывания меньше, и при температуре 75°С схватывание цемента длится уже 1,5 ¸ 2 часа, что порой недостаточно при производстве тампонажных работ. Поэтому в зависимости от температуры применяют добавки реагентов: ССБ в количестве от 0,1 до 0,5 %, хроматы – от 0,1 до 0,5 %, ОКЗИЛ – от 0,1 до 0,5 % от массы цемента.

Для снижения водоотдачи тампонажных растворов в них вводят поливиниловый спирт — до 1% и др. Количество химических реагентов определяют лабораторным путем в зависимости от характера скважины, способа цементирования и сорта тампонажного цемента.

 

РАЗРУШЕНИЕ ЗАСТОЙНЫХ ЗОН ПОПЕРЕЧНЫМ

РАСХАЖИВАНИЕМ КОЛОННЫ ТРУБ

Застойные зоны тиксотропной жидкости в кольцевом пространстве скважины образуются при недостаточном центрировании колонны труб, при неизменности положения вектора эксцентричности в поперечном сечении скважины. При изменении направления вектора эксцентричности изменяется местоположение застойных зон и потока, вследствие чего поток распространяется на застойные зоны. При этом ликвидация застойных зон достигается без повышения давления.

Анализ показывает, что при эксцентричном положении колонны в скважине циркуляция восстанавливается при значительно меньших давлениях.

Изменение вектора эксцентричности достигается при поперечных перемещениях колонны труб в скважине, что приводит также к более интенсивному разрушению структуры раствора и дальнейшему уменьшению потерь давления в кольцевом пространстве.

Поперечное расхаживание может быть осуществлено путем применения эксцентриков, располагаемых на колонне в интервале установки цементного моста, с одновременным вращением колонны, а также при расхаживании колонны с разгружением на забой.

При вращении колонны с эксцентриками трубы, опираясь на них, перемещаются в поперечном сечении скважины, что обусловливает разрушение застойных зон. При использовании эксцентриков буровой раствор полностью вытесняется из кольцевого пространства скважины значительно большего диаметра, чем при применении центратора, даже при наличии больших каверн. В случае одновременного вращения и расхаживания колонны в осевом направлении загустевшие массы бурового раствора и скопления шлама разрушаются в результате непосредственного воздействия на них самих эксцентриков.

Бурильные эксцентрики (табл. 4.4, рис. 4.1) для скважин диаметром: 214, 243, 269 и 295 мм выполнены в виде ряда радиальных ребер, жестко соединенных с корпусом и образующих в поперечном сечении своими периферийными гранями прерывистую окружность, эксцентричную по отношению к корпусу. Подобрано такое число ребер, чтобы в контакте с породой находилось не менее двух из них, а удельная нагрузка на стенки скважины не превышала 1 МПа даже при угле наклона ствола 30°С. При такой конструкции эксцентрика достигается минимальное перекрытие ствола скважины, обусловливается плавное скольжение этого устройства и предотвращаются провалы колонны в желоб.

Для расхаживания и вращения колонн диаметром 114 - 168 мм применяется цементировочная головка ГЦУ-ЗН-197-300, устанавливаемая между рабочей трубой и вертлюгом. Головка позволяет проводить цементирование с двумя разделительными пробками. В каждой секции головки имеются отвод с краном для подсоединения цементировочных агрегатов и винтовой стопор для фиксации разделительной пробки. В случае цементирования с одной пробкой или вообще без пробки используют одну секцию головки вместе с обратным клапаном, который необходим для предупреждения аварийных ситуаций на скважине в случае разрыва бурового шланга.

Для операций по установке цементных мостов в кавернозной части ствола скважины характерна крайне низкая успешность. В большинстве случаев успех достигается только в результате проведения нескольких операций.

 

Таблица 4.4.

 

Бурильные эксцентрики

 

Шифр эксцентрика	Техническая характеристика
число ребер, шт.	диаметр эксцентрика, мм	диаметр корпуса, мм	высота, мм	масса, кг	эксцентриситет, мм
ЭБ-3-178-214
ЭБ-5- 178-243
ЭБ-5- 178-269
ЭБ-5- 178-295

 

Основной причиной низкой успешности работ по установке цементных мостов в кавернозной части ствола является наличие в ней загустевших масс бурового раствора и шлама, статические напряжения сдвига которых могут быть на три - четыре порядка больше нормальных значений. Естественно, что за счет касательных напряжений на границе потока застойные зоны в кавернах разрушиться не могут. Для этого необходимо радиальное истечение жидкости (рис. 4.2) через боковые отверстия в колонне (гидромониторный эффект) либо механико-гидравлическое воздействие, возникающее при работе эксцентриков.

Практика установки цементных мостов в условиях проявлений и частичных поглощений выдвигает необходимость создания в скважине баритовых пробок в целях перекрытия объекта, возникновения осложнения, сохранения контроля за стволом скважины и установки цементных мостов по всему сечению ствола скважины. На практике известны случаи, когда создание баритовой пробки не уравновешивало гидростатическое давление пластов и не предотвращало развитие проявлений. Однако известны и другие случаи, когда ликвидировать проявление за один раз не удавалось, и баритовую пробку приходилось устанавливать несколько раз, увеличивая ее высоту.

 

 

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ УСТАНОВКИ

ЦЕМЕНТНЫХ МОСТОВ

Мост в скважинах устанавливают по одной из трех схем: 1) мост из твердеющего состава, не ограниченный ни сверху, ни снизу уплотнениями; 2) мост из твердеющего состава, залитого на предварительно созданное уплотнение; 3) уплотнение без твердеющего состава. Для реализации разработаны цементировочное оборудование и оснастка заливочной колонны. Анализ оборудования, применяемого в настоящее время при установке мостов, показал, что для сложных условий наиболее приемлемыми могут быть только некоторые устройства (табл. 4.5).

Таблица 4.5