WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

В случае отсутствия или частичного нарушения контакта происходит смещение смежных поверхностей, что приводит к снижению прочности крепи.

Приведены методы и методики исследований. Исследования физикомеханических свойств тампонажных материалов предназначенных для условий МГП осуществлялось с применением стандартных, физико-химических и специальных методов. Стандартные исследования включали определение плотности тампонажных растворов, сроков схватывания, растекаемости, прочностных показателей тампонажного камня и водоотделения. В группу специальных методов исследований входило изучение объемных изменений твердеющего тампонажного раствора и камня, определение упругих характеристик тампонажного камня, коэффициента морозостойкости.

Обработка результатов проводилась на РС с помощью статистической программы «Statistica» v. 6.0 и Microsoft Excel.

Третий раздел работы посвящен теоретическим и экспериментальным исследованиям по разработке облегченного расширяющегося тампонажного раствора для цементирования скважин в условиях низких положительных и отрицательных температур.

Совместно с сотрудниками бурового предприятия «Тюменбургаз» ДООО «Бургаз» и кафедры бурения нефтяных и газовых скважин Тюменского государственного нефтегазового университета разработан облегченный расширяющийся тампонажный раствор. Дано научное обоснование его состава.

Базовым материалом выбран портландцемент ПЦТ-1-50 ГОСТ 1581 – 96.

Анализ облегчающих добавок, применяемых для понижения плотности тампонажных растворов, позволили рекомендовать для этих целей мелкодисперсные алюмосиликатные полые микросферы (АСПМ), которые являются продуктом сгорания топлива в ТЭЦ или других производств.

Минералогический состав представлен преимущественно SiO2 –54,4 %; Al2O3 – 25,1 %. Влажность находится в пределах (3–8) %. Прочность на разрушение при гидростатическом сжатии до 30 МПа. Алюмосиликатные полые микросферы получают из водной суспензии золы тепловой электростанции. Их производство на предприятиях Уральского региона достигает 2000 тонн в год.

В настоящее время для цементирования скважин на месторождениях Крайнего Севера, разбуриваемых предприятиям «Тюменбургаз», широко применяются тампонажные растворы с добавками мелкодисперсных алюмосиликатных полых микросфер (АСПМ) в количестве 12–15 % (от массы цемента) при В/Т = 0,6–0,7 и стеклянных высокопрочных газонаполненных микросфер (ВМС) в количестве 8–9 % при В/Т=0,65–0,75. Плотность получаемого раствора может быть понижена до 1400 кг/м3, при этом прочность тампонажного камня превышает требования ГОСТ 1581 – 96. Известно, что увеличение водосодержания приводит к понижению седиментационной устойчивости, снижению прочностных свойств формирующегося цементного камня, повышению сроков схватывания. Однако в отличие от других применяемых облегчающих добавок АСПМ является высокодисперсным веществом. В результате этого микросферы способны связывать большее количество молекул воды затворения, что приводит к повышению седиментационной устойчивости тампонажного раствора. Кроме этого они являются центрами кристаллизации в тампонажном растворе, уменьшающие энергетический барьер для осуществления протекания реакций гидратации.

Наличие силикатной и алюминатной фаз в АСПМ способствует их участию в формировании структуры цементного камня при пониженных положительных и отрицательных температурах. В результате формируется малопроницаемый цементный камень повышенной прочности.

Важную роль для обеспечения необходимой прочности крепи скважин в криолитозоне оказывает герметичность контакта цемента с обсадными трубами. Для предотвращения усадочных деформаций рекомендовано вводить расширяющую добавку.

Вопросами, связанные с изучением объемных изменений твердеющих растворов при разобщении пластов в скважинах посвящены работы Данюшевского В.С., Каримова Н.Х., Овчинникова В.П., Кузнецова Ю.С., Клюсова А.А. и других исследователей, в которых рекомендуется для тампонажных растворов применять расширяющие добавки на оксидной основе.

Эти добавки создают кристаллизационное давление в результате кристаллизации труднорастворимых гидрооксидов при гидратации. Простая бимолекулярная реакция гидратации оксидов легко управляема, что позволяет регулировать ее скорость, останавливая на нужной стадии твердения.

Необходимо, чтобы основная часть расширения происходила после продавливания тампонажного раствора в заколонное пространство скважин.

Проведенный анализ свойств известных расширяющих добавок к цементам показал, что для низкотемпературных скважин значительно больше подходят добавки на оксидной основе (CaO и MgO). Ввод их в основном осуществляется при получении клинкера. Процессы расширения за счет введения оксида кальция заканчивается через 8 – 10 часов твердения, за счет оксида магния – от 10 до 48 часов. В зависимости от качества сырья, условий обжига и хранения негашеная известь может содержать различное количество активного CaO.

На основании проведенного анализа решено в качестве расширяющей добавки вводить в облегченный тампонажный раствор негашеную известь - оксид кальция (СаО). Промышленная негашеная известь не дефицитна, представляет собой в основном мягкообожженный оксид кальция. Действие расширяющей добавки при твердении тампонажного материала основывается на химическом взаимодействии активного оксида кальция с жидкостью затворения с образованием гидроксида кальция, имеющего больший по сравнению с исходными соединениями объем. Добавка алюмосиликатных микросфер связывает часть Сa(OH)2. Данный процесс протекает на ранних стадиях твердения и поэтому он способствует расширению твердеющей системы без деструктивных изменений формирующегося тампонажного камня.

Для сокращения сроков схватывания и твердения тампонажный раствор затворяется на 4 % водном растворе хлористого кальция, который широко используется при цементировании низкотемпературных скважин.

Разработка и оптимизация состава облегченного тампонажного раствора проводилась в два этапа.

На первом этапе исследовано влияние добавок оксида кальция (2,5; 5,0 и 7,5 %) и хлорида кальция (2,0 и 4,0 %) на основные физико–механических параметры тампонажного раствора нормальной плотности (плотность, растекаемость, сроки схватывания раствора, прочность и объемные изменения тампонажного камня) при температуре 20 С. В результате установлено, что добавки СаО от 2,5 до 7,5 % незначительно влияют на сроки схватывания и прочность цемента, расширение тампонажного камня после трех суток твердения не превышает 0,19 %. Наилучшие результаты получены при добавлении к тампонажному раствору 4 % хлорида кальция.

На втором этапе исследований определено влияние количества вводимых микросфер (10-15 %) и оксида кальция (8-15 %) на плотность, сроки схватывания тампонажного раствора, прочность и расширение формирующегося из него тампонажного камня. Результаты исследований приведены в таблице 2.

Анализ полученных результатов свидетельствует, что тампонажный раствор при граничных значениях микросфер от 10 до 15 %, СаО от 8,0 до 15 %, водотвердом отношении 0,6-0,7 имеет плотность 1550-1400 кг/м3 и характеризуется значительным расширением формирующегося из него камня.

При этом установлено, что с увеличением добавки извести расширение цементного камня интенсивно возрастает в течение первых трех суток и стабилизируется к седьмым суткам твердения. В этом возрасте цементный камень имеет расширение от 0,15 до 0,35 % при температуре твердения 20 0С и от 0,10 до 0,19 % при температуре твердения минус 2 0С (рисунок 1)..

Особенно значительное расширение цементного камня наблюдается при добавках извести в количестве (8-20) % от массы вяжущего. Однако при увеличении содержания в тампонажном растворе извести более 15 % снижается прочность камня на изгиб, а при ее содержании менее 8 % Таблица 2 - Оптимальные составы облегченного тампонажного раствора Свойства тампонажного раствора и камня Состав тампонажного раствора Плот- Растека- Сроки Прочность Расширение № ность емость, схватывания, цементного цементного кг/м3 м час-мин камня, МПа камня, % через через ПЦТ, АСПМ, СаО, 4% начало конец 2 7 14 3 7 % % % водный сут сут сут сут сут сут раствор СаСlПри температуре 20 0С 1 82 10 8 0,6 1540 0,22 4-15 5-50 3,2 4,4 4,8 0,20 0,25 0,2 76 10 15 0,6 1500 0,21 3-35 4-40 2,6 3,9 4,4 0,26 0,35 0,3 77 15 8 0,7 1420 0,23 4-05 5-50 2,4 3,2 3,8 0,18 0,25 0,4 71 15 15 0,7 1410 0,23 4-10 5-10 1,8 2,2 2,8 0,24 0,30 0,При температуре -2 0С 1 82 10 8 0,6 1540 0,22 5-45 7-10 1,3 2,8 3,2 0,11 0,14 0,2 76 10 15 0,6 1500 0,21 6-30 7-20 1,6 2,5 3,0 0,14 0,16 0,3 77 15 8 0,7 1420 0,23 6-15 7-40 1,3 2,1 2,5 0,11 0,14 0,4 71 15 15 0,7 1410 0,23 6-40 7-45 1,2 2,2 2,8 0,13 0,15 0, 0,0,0,0,0,АСПМ 10 %, В\Т=0,0,АСПМ 15 %,В\Т=0,0,2 6 10 14 18 Содержание извести, % 0,б) 0,0,0,0,0,0,АСПМ 10 %, В\Т=0,0,АСПМ 15 %, В\Т=0,0,2 6 10 14 18 Содержание извести, % Рисунок 1 – Влияние добавки извести на расширение тампонажного камня после 3-х суток твердения при температурах:

а) 20 0С; б)– 2 0С уменьшается эффект расширения тампонажного камня. Температура твердения оказывает значительное влияние на сроки схватывания, прочность и величину расширения тампонажного камня. Установлено, что величина водосодержания не оказывает существенного влияния на расширение формируемого из него камня.

В таблице 3 приведены эмпирические зависимости основных параметров облегченного тампонажного раствора.

Таблица 3- Эмпирические зависимости Параметр Уравнения регрессии Коэффициент корреляции Плотность П, кг/м3 П=1771-21МС-3,57 И 0,Начало схватывания Т, с при температуре 20 0С:

Т=14325 + 150 МС – 150 И 0,при температуре – 2 0С:

Т=16200 + 240 МС + 300 И 0,Конец схватывания Т, с при температуре 20 0С:

Т=24150 – 60 МС – 300 И 0,при температуре – 2 0С:

Т =22061 + 330 МС + 64,28 И 0,Прочность при изгибе при температуре 20 0С:

через 2 суток твердения 0,и=5,49 - 0,16 МС - 0,086 И и, МПа при температуре – 2 0 С:

0,и=1,68 - 0,04 МС + 0,014 И Объемная деформация при температура 20 0С:

камня через 3 суток V=0, 171 – 0.004 МС + 0,0086 И 0,твердения V, % при температуре – 2 0С:

V= 0,094 - 0,001МС+ 0,0036 МС 0,Примечание: МС- добавка микросфер АСПМ, %; добавка И- извести, %.

Проведены исследования изменения во времени (14 суток) модуля упругости камня, формирующегося из предлагаемого облегченного 0 тампонажного раствора при температурах 20 С и минус 2 С. Показано, что исследуемый параметр изменяется по логарифмической зависимости (рисунок 2). Минимальное значение исследуемой величины в области граничных условий составляет 8000 МПа, что удовлетворяет требованиям к тампонажным материалам для низкотемпературных скважин.

Дополнительно были проведены испытания, формирующегося облегченного АСПМ тампонажного камня, на морозостойкость. Установлено, что исследуемые образцы тампонажного камня являются морозостойкими (рисунок 3).

Оптимизация состава тампонажной смеси проводилась по двухфакторному плану типа 22. Входными параметрами являлись добавки оксида кальция и микросфер. В качестве выходной функции принят обобщенный параметр оптимизации. Частные параметры оптимизации оценивались по шкале Харрингтона. Обоснование оптимального количественного сочетания компонентов тампонажной смеси осуществлялось по методу Бокса-Уилсона.

В результате предлагается следующий состав облегченного тампонажного расширяющегося цемента, % :

портландцемент (70- 80) %; микросферы (11-15) %; СаО (12-15) %; В\Т 0,6-0,7 (4 % раствор CaCl2).

В четвертом разделе обоснованы рекомендации по повышению надежности крепи скважин в криолитозоне. Приведены результаты внедрения предлагаемого облегченного расширяющегося тампонажного раствора в филиале «Тюменбургаз» ДООО «Бургаз» ОАО «Газпром» при цементировании обсадных колонн в интервале залегания мерзлых горных пород. Показано, что доля интервалов сцепления цементного камня с обсадными трубами в интервале МГП возросла на 22 – 45 % по сравнению со скважинами, а) 1,0,0,- состав 0,- состав - состав 0,- состав 2468 10 12 б) 0,0,0,- состав - состав 0,- состав - состав 2468 10 12, сут Рисунок 2 – Изменение во времени модуля упругости тампонажного камня:

а – температура испытания 20 0С;

б – температура испытания – 2 0С.

Ец, МПа Ец, МПа 1, и(э) 5 0С -5 0С 5 0С 20 0С 5 0С -5 0С 5 0С и(к) 1, АСПМ 10 %, Известь 8 %, В\Т=0, АСПМ 15 %, Известь 15 %, В\Т=0,0,0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 Время, час Рисунок 3– Морозостойкость облегченного АСПМ тампонажного камня с добавками извести зацементированными обычным портландцементом. Смятий обсадных колонн не зарегистрировано.

ОСНОВАНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 1. Анализом промыслового материала установлено, что одним из наиболее распространенных и тяжелых по последствиям осложнений в скважинах Крайнего Севера является смятие обсадных колонн в криолитозоне.

2 Научно-обоснованы требования к прочностным свойствам цементного камня, для крепления скважин в криолитозоне. Рекомендуется применять быстротвердеющие тампонажные материалы, обладающие повышенной седиментационной устойчивостью, водо и морозоустойчивые, с модулем упругости формирующегося камня не менее 1000 МПа.

3. Разработана и оптимизирована рецептура расширяющегося облегченного тампонажного раствора для низкотемпературных скважин. В качестве облегчающей добавки предлагаются полые алюмосиликатные микросферы (АСПМ) от 11 до 15 %. Водосодержание 0,6-0,7, расширяющая добавка – СаО (12-15) %, ускоритель схватывания - 4 % раствор CaCl2.

4. Исследованы физико-механические свойства облегченного расширяющегося тампонажного раствора в условиях низких положительных и отрицательных температур.

5. Основные выводы и рекомендации внедрены в филиале «Тюменбургаз» ДООО «Бургаз» ОАО «Газпром» при цементировании обсадных колонн скважин в интервале залегания мерзлых горных пород.

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в следующих работах:

1. Газгиреев Ю.О. Практика цементирования скважин на Уренгойском месторождении. «Повышение эффективности работы нефтедобывающего комплекса Ямала путем применения прогрессивных технологий и совершенствования транспортного обслуживания». Материалы конф.

г. Салехард, 2002. С 151-154.

2. Кузнецов В.Г., Газгиреев Ю.О. Компьютерное проектирование конструкций скважин// Проблемы развития ТЭК Западной Сибири на современном этапе. Тр. междунар. науч. техн. конф., посвященной 40-летию ТюмГНГУ. – Тюмень, 2003. С. 115-116.

3. Газгиреев Ю.О., Овчинников В.П., Кузнецов В.Г. Анализ качества крепления скважин месторождений Уренгойской группы// ….. – Тюмень, 2004.

С. 51.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»