ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
ТЕМА: РАЗОБЩЕНИЕ ПЛАСТОВ
СОКОЛОВА ИГОРЯ АЛЕКСАНДРОВИЧА
САХАЛИНСКИЙ ТОПЛЕВНОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ
Содержание
Введение
1. Технико-технологический раздел.
1.1. Цель цементирования скважин.
1.2. Тампонажные материалы, применяемые при цементировании.
1.3. Организация процесса цементирования.
1.4. Осложнения при цементировании ствола скважины.
1.5. Охрана окружающей среды при цементировании.
2. Расчётная часть.
3.Заключение.
Технико-технологический раздел.
1.1 Цель цементирования скважин.
Разобщение пластов при существующей технологии крепления скважин — завершающий и наиболее ответственный этап, от качества выполнения которого в значительной степени зависит успешное строительство скважины. Под разобщением пластов понимается комплекс процессов и операций, проводимых для закачки тампонажного раствора в затрубное пространство (т.е. в пространство за обсадной колонной) с целью создания там надежной изоляции в виде плотного материала, образующегося со временем в результате отвердения тампонажного раствора. Поскольку в качестве тампонажного наиболее широко применяется цементный раствор, то для обозначения работ по разобщению используется термин "цементирование".
Цементный камень за обсадной колонной должен быть достаточно прочным и непроницаемым, иметь хорошее сцепление (адгезию) с поверхностью обсадных труб и со стенками ствола скважины. Высокие требования к цементному камню обусловливаются многообразием его функций: плотное заполнение пространства между обсадной колонной и стенками ствола скважины; изоляция и разобщение продуктивных нефтегазоносных горизонтов и проницаемых пластов; предупреждение распространения нефти или газа в затрубном пространстве под влиянием высокого пластового давления; заякоривание обсадной колонны в массиве горных пород; защита обсадной колонны от коррозионного воздействия пластовых вод и некоторая разгрузка от внешнего давления.
Следует отметить, что роль и значение цементного камня остаются неизменными на протяжении всего срока использования скважины, поэтому к нему предъявляются требования высокой устойчивости против воздействия отрицательных факторов.
Цементирование включает пять основных видов работ: приготовление тампонажного раствора, закачку его в скважину, подачу тампонажного раствора в затрубное пространство, ожидание затвердения закачанного материала и проверку качества цементировочных работ. Оно проводится по заранее составленной программе, обоснованной техническим расчетом.
Существует несколько способов цементирования. Они различаются схемой подачи тампонажного раствора в затрубное пространство и особенностями используемых приспособлений. Возможны два варианта подачи тампонажного раствора в затрубное пространство: раствор, закачанный внутрь цементируемой обсадной колонны, проходит по ней до башмака и затем поступает в затрубное пространство, распространяясь снизу вверх (по аналогии с промывкой называется цементированием по прямой схеме); тампонажныи раствор с поверхности подают в затрубное пространство, по которому он перемещается вниз (цементирование по обратной схеме).
В промышленных масштабах применяют способы цементирования по прямой схеме. Если через башмак обсадной колонны в затрубное пространство продавливают весь тампонажныи раствор, то способ называется одноступенчатым (одноцикловым) цементированием. Если обсадная колонна на разных уровнях оснащена дополнительными приспособлениями (заливочными муфтами), позволяющими подавать тампонажныи раствор в затрубное пространство поинтервально на разной глубине, то способ цементирования называется многоступенчатым (многоцикловым). Простейший и наиболее распространенный способ многоступенчатого цементирования — цементирование в две ступени (двухступенчатое). Иногда возникает необходимость не допустить проникновения тампонажного раствора в нижнюю часть обсадной колонны, расположенную в интервале продуктивного пласта; тогда этот интервал в затрубном пространстве изолируется манжетой, установленной на обсадной колонне. Этот способ цементирования называется манжетным. Выделяются также способы цементирования потайных колонн и секций, поскольку тампонажныи раствор в этом случае закачивают по бурильной колонне, на которой спускают секцию или потайную колонну.
В мелких скважинах (например, структурных), которые заведомо не вскрывают продуктивных залежей и интервалов с высоким пластовым давлением, затрубное пространство можно изолировать тампонированием нижней части обсадной колонны глиной. Тампонирование выполняется по более простой технологии, чем цементирование, и обеспечивает лишь временную и довольно слабую изоляцию.
Тампонирование обсадной колонны в скважине может осуществляться задавливанием обсадной колонны на глубину до 0,8—1,2 м в пласт глины мощностью не менее 2,5 — 3,0 м; по способу с нижней пробкой, когда глину в виде шариков предварительно забрасывают на забой, а затем продавливают в затрубное пространство обсадной колонной, нижний конец которой перекрыт пробкой; по способу с верхней пробкой в нижнюю трубу набивают глину, над ней помещают пробку, с помощью которой вблизи забоя глину выпрессовывают под действием нагнетаемой с поверхности жидкости.
Преимущество метода тампонирования глиной состоит в том, что после завершения всех работ в скважине обсадная колонна может быть освобождена и извлечена для последующего использования.
1.2.Тампонажные материалы, применяемые при цементировании
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 длятемператур 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-З0 °С длится до 10 ч. При более высоких температурах время схватывания меньше, и при температуре 75 °С схватывание цемента длится уже 1,5-5-2 ч, 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%, ОК-ЗИЛ — от 0,1 до 0,5 % от массы цемента.
Для снижения водоотдачи тампонажных растворов в них вводят поливиниловый спирт — до 1 %, тилоза Н-20Р — до 1 % и др.
В зависимости от вида вяжущего материала, составляющего основу, тампонажные цементы подразделяются на классы: цементы на основе портландцемента, цементы на основе доменных шлаков, известково-песчаные смеси, прочие тампонажные цементы (гипсовые, белитовые и др.), тампонажные органические крепители на полимерной основе.
По роду добавок различают цементы песчаные, волокнистые, гельцементы, шлаковые, перлитовые и другие. По назначению, которое определяется температурными условиями испытания приготовленного тампонажного раствора, различают три температурных разновидности цементов: для низких и нормальных температур (до 50 °С), для умеренных (от 50 до 100 °С) и повышенных (>100 °С). Выделяют также це-мен- ты для высоких (от 150 дло 250 °С) и сверхвысоких (свыше 250 °С) температур.
Одним из наиболее распространенных видов вяжущего материала является портландцемент. Портландцемент — разновидность силикатного цемента, он представляет собой порошкообразный неорганический вяжущий материал, в состав которого входят высокоосновные силикаты кальция и в ограниченном количестве некоторые примеси, обусловленные загрязненностью исходного сырья.
Портландцемент характеризуется высокой плотностью — 3100 — 3150 кг/м3, насыпная масса порошка портландцемента составляет 900—1100 кг/м3 в рыхлом состоянии и 1400—1700 кг/м3 в уплотненном. Тонкость помола порошка оценивают по суммарной поверхности частиц (в м2/кг). Удельная по-врехность тампонажных портландцементов находится в пределах 250 — 400 м2/кг, у специальных цементов она может доходить до 1500 м2/кг.
Портландцемент — основа для приготовления тампонажных растворов с различными свойствами. Для регулирования свойств в портландцемент при его затворении вводят специальные добавки, которые позволяют регулировать сроки схватывания тампонажного раствора, свойства получаемого цементного камня, его термостойкость и т.п.
Наиболее распространенные добавки в цемент — глина и песок. С добавкой бентонитового глинопорошка в портландцемент получают гельцемент.
Добавки кварцевого песка к портландцементу оказывают различное влияние на цементный камень в зависимости от температуры среды. Если при низких температурах песок представляет собой инертный наполнитель, то при высоких температурах он вступает в химические реакции с основными оксидами как кислый компонент, образуя гидр о силикаты.
Наряду с портландцементами используют новые виды вяжущих материалов. К ним относятся шлакопесчаные цементы, белитокремнеземистый цемент, тампонажные цементы на базе ферромарганцевого шлака, известково-песчаные растворы, а также органические полимерные вяжущие. Отличительная особенность шлаковых цементов то, что процесс их твердения значительно активизуется с повышением температуры до 100 °С и выше. Шлакопесчаные цементы в условиях высоких температур дают прочный и плотный цементный камень, обладающий высокой устойчивостью в агрессивных средах.