WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


На правах рукописи

СТОРЧАК Андрей Викторович

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТАМПОНАЖНЫХ СОСТАВОВ ПОНИЖЕННОЙ ПЛОТНОСТИ ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН В УСЛОВИЯХ АНОМАЛЬНО НИЗКИХ ПЛАСТОВЫХ ДАВЛЕНИЙ

Специальность 25.00.15 – Технология бурения и освоения скважин А в т о р е ф е р а т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном университете

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Николаев Николай Иванович

Официальные оппоненты:

Яковлев Андрей Арианович – доктор технических наук, доцент, Санкт-Петербургский государственный горный университет, профессор кафедры механики Иванов Андрей Игоревич – кандидат технических наук, ООО «ГазпромВНИИГаз», заведующий лабораторией крепления и заканчивания скважин Ведущее предприятие:

Альметьевский государственный нефтяной институт

Защита диссертации состоится 30 марта 2012 года в 14ч. 00мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.02 при Санкт-Петербургском государственном горном университете по адресу: 199106, г. Санкт-Петербург, В.О., 21 линия, д.2, ауд. 11

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного университета.

Автореферат разослан 29 февраля 2012 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного совета, д.т.н., профессор В.П. Онищин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы:

Проблема качественного разобщения пластов является одной из основных и актуальных проблем в области строительства скважин. Особенно остро это проблема стоит для месторождений Западной и Восточной Сибири, уникальных по своим запасам и геологическому строению, осложненных наличием многолетнемерзлых пород, пластов с низкими давлениями.

Основными проблемами при креплении скважин в таких условиях являются поглощение тампонажных растворов, загрязнение фильтратом и твердой фазой цементного раствора и как следствие, значительное ухудшение коллекторских свойств призабойной зоны пласта, недоподъем цементного раствора до проектной высоты, некачественное разобщение пластов и появление вследствие этого межпластовых перетоков.

На месторождениях Кузнецовское (Кыновский горизонт, KА=0,81), Боркомосское (Бобриковский горизонт, KА=0,81), Копальнинское (Артинский горизонт, KА=0,80), Верхнесалымское (Пласты БС17-18, KА=0,74), Харампурское (Пласт Ю1, KА=0,73), Среднеботуобинское (Ботуобинский ярус, KА=0,78), Тас-Юряхское (Восточный блок, KА=0,75), Иреляхское (Улаханский ярус, KА=0,79), Юрубчено-Тохомском (Усольская, Ангарская свиты, KА=0,91) и других в подавляющем числе скважин отмечается низкое качество цементирования низа эксплуатационных колонн, что создает условия для межпластовых перетоков флюидов.

Недоподъем тампонажного раствора до устья в скважинах составляет 500...700 м, что эквивалентно поглощению 15...20 мтампонажного раствора в продуктивные пласты. Это вызывает снижение притока нефти при освоении скважин. Для указанных пластов характерны низкие давления гидроразрыва, составляющие 0,016...0,018 МПа/м.

Распространение зон аномально низкого пластового давления (АНПД) со значениями коэффициента аномальности 0,40,9 также характерно для скважин, бурящихся при строительстве подземных хранилищ газа на выработанных истощенных месторождениях. Цементирование скважин традиционными тампонажными растворами вызывает уход раствора в поглощающие горизонты и его недоподьем до устья.

При цементировании скважин во избежание поглощения, предупреждения гидроразрыва пород в процессе цементирования и с целью снижения давления на продуктивные пласты целесообразно применение тампонажных растворов с пониженной плотностью и соответствующих режимов продавливания.

В этой связи, исследование и разработка новых облегченных тампонажных композиций с улучшенными технологическими свойствами, методов их приготовления, регулирования свойств и применения, свидетельствуют об актуальности темы диссертационной работы.

Значительный вклад в развитие научных представлений о процессах тампонирования скважин внесли отечественные и зарубежные исследователи Агзамов Ф.А., Ангелопуло O.K., Ахмадеев Р.Г., Ашрафьян М.О., Бабаян Э.В., Булатов А.И., Бутт Ю.М., Вахрамеев И.И., Данюшевский B.C., Каримов Н.Х., Крылов В.И., Курочкин Б.М., Мавлютов М.Р., Мирзаджанзаде А.Х., Мчедлов-Петросян О.М., Николаев Н.И., Овчинников В.П., Полак А.Ф., Поляков В.Н., Стрижнев К.В., Тян П.М., Шарафутдинов 3.3., Яковлев A.А., P.W. Brown, J.D. Birchell и др.

Актуальность темы подтверждается ее соответствием плану госбюджетных НИР кафедры бурения скважин СПГГУ.

Целью работы является повышение эффективности межпластовой изоляции затрубного пространства обсадных колонн в условиях низких пластовых давлений.

Идея работы заключается в использовании высокодисперсных вяжущих веществ в качестве базовых материалов для приготовления эффективных составов тампонажных смесей пониженной плотности с минеральными облегчающими добавками.

Задачи исследования:

Анализ существующих технологий и применения материалов для цементирования обсадных колонн в условиях аномально низких пластовых давлений.

Оценка механизма влияния удельной поверхности цементного клинкера на физико-механические свойства тампонажного раствора и камня.

Разработка новых тампонажных композиций с пониженной плотностью.

Исследования структурно-реологических и физикомеханических свойств разработанных составов.

Разработка технико-технологических приемов приготовления и обоснование применения полученных композиций.

Методика исследований имеет экспериментальнотеоретический характер и включает в себя теоретическое обоснование использования высокодисперсного цемента в качестве базового вяжущего вещества тампонажных композиций, комплекс экспериментальных работ по исследованию свойств тампонажного раствора и камня на основе выскокодисперсного цемента, а также планирование экспериментов и обработка их результатов с использованием методов математической статистики и современных статистических компьютерных программ.

Научная новизна заключается в теоретическом обосновании и экспериментальном подтверждении возможности использования портландцемента повышенной дисперсности в качестве базового вяжущего вещества в тампонажных составах с повышенным водоцементным отношением.

Защищаемые научные положения:

1. Применение в качестве базового вяжущего материала высокодисперсного цемента с удельной поверхностью 600-650 м2/кг может обеспечить основные физико-механические свойства раствора и цементного камня при создании облегченных композиций тампонажных растворов с повышенным водоцементным отношением.

2. Введение в состав тампонажной смеси на основе микроцементов алюмосиликатных микросфер в количестве 10-20% позволяет получить при В/Ц от 0,7 до 0,9 облегченные тампонажные системы с плотностью 1300-1380 кг/м3.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций определяется современным уровнем аналитических и достаточным объемом экспериментальных исследований и воспроизводимостью полученных данных, а также удовлетворительной сходимостью экспериментальных и прогнозных данных.

Практическая значимость работы заключается в разработке составов облегченных тампонажных смесей для крепления эксплуатационных колонн нефтяных и газовых скважин для условий аномально низких пластовых давлений, а также обосновании способа приготовления составов и технологии их применения.

Апробация работы. Основные положения, результаты теоретических и экспериментальных исследований, выводы и рекомендации докладывались на ежегодных научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых СанктПетербургского государственного горного университета (СанктПетербург, 2010, 2011); на Международной конференции, посвящнной 55-ти летию кафедры бурения скважин Томского государственного политехнического университета (Томск, 2009);

на XIV Международном научном симпозиуме студентов и молодых ученых им. акад. М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 2010); на XI международной молодежной конференции «Севергеоэкотех-2010» (Ухта, 2010); на Всероссийской научнотехнической конференции «Нефтегазовое и горное дело» (Пермь, 2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 3 статьи опубликованы в журналах, входящих в перечень ведущих журналов и изданий, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем диссертационной работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка, включающего 97 наим. Материал диссертации изложен на 118 стр., включает 34 табл., 36 рис. и 1 приложение.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приводится общая характеристика работы, обосновывается ее актуальность, определяются цель, задачи, идея работы, излагаются защищаемые научные положения, научная новизна и практическая значимость.

В первой главе приведен обзор существующих тампонажных композиций для крепления обсадных колонн нефтяных и газовых скважин в условиях аномально низких пластовых давлений.

Рассмотрены различные виды облегченных тампонажных составов, произведен анализ и дана оценка их основных технологических параметров. Выявлены наиболее перспективные варианты создания облегченных тампонажных смесей. Поставлены цели и задачи дальнейших исследований.

Во второй главе представлена методика теоретических и экспериментальных исследований облегченных тампонажных композиций. В ней изложены основные параметры тампонажных растворов для аномально низких пластовых давлений. Рассмотрены приборы для определения реологических свойств тампонажных смесей и физико-механических характеристик цементного камня, а также методика планирования экспериментов и статистической обработки результатов исследований.

В третьей главе представлены результаты экспериментально-теоретических исследований по оценке влияния дисперсности минералов цементного клинкера на реологические и физико-механические свойства цементного раствора и камня.

Исследования проводились с использованием портландцемента ПЦТ-1 и цемента Rheocem 650 с удельной поверхностью 650 м2/кг.

Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность создания на базе выскодисперсного цемента растворов с повышенными значениями водоцементного отношения, обладающих требуемыми технологическими характеристиками.

Процесс структурообразования вяжущих веществ включает в себя два этапа. Первый этап заканчивается образованием коагуляционной структуры частиц и гидратных новообразований.

Пластическая прочность структуры к этому моменту низка, темп нарастания ее медленный и зависит от связывания воды, степени диспергирования цемента в воде и накапливания гидратных новообразований. Такая система тиксотропна, и связь между частицами в ней обеспечивается гидратными оболочками, отделяющими частицы друг от друга. После механического разрушения системы связь восстанавливается.

Второй этап характеризуется возникновением и развитием кристаллизационной структуры трехкальциевого алюмината.

Поверхность частиц увеличивается, возникают межмолекулярные связи. Этот процесс характеризуется интенсивным нарастанием прочности структуры. При этом образуется непосредственная связь между частицами, которая отличается высокой прочностью и необратимым характером разрушения.

В период вязкопластичного состояния (до начала схватывания) сцепление высокодисперсных продуктов гидратации обусловливается ван-дер-ваальсовыми и водородными силами связи.

При этом образуется тиксотропная коагуляционная структура.

С увеличением дисперсности цементного клинкера скорость образования коагуляционной структуры и гидратных образований в цементной суспензии также возрастает. Более высокая концентрация частиц цемента в единице объема раствора приводит к созданию более прочной структуры с бльшим числом контактов срастания.

Благодаря большей удельной поверхности, а следовательно, и энергии, силы связи между частицами значительно возрастают.

Активность цементного клинкера и течение процесса гидратации можно оценить по изменению удельного электрического сопротивления () цементного раствора. Проводником электрического тока в цементной суспензии является жидкая фаза, представляющая собой воду с растворенными в ней минералами цементного клинкера. Процесс изменения характеризуется тремя периодами. Сразу после затворения цемента водой происходит уменьшение до величины, равной 0,6...0,85 от начального значения (первый период). Это имеет место вследствие увеличения концентрации электролитов в жидкой фазе. Второй период характеризуется определенной стабилизацией, при которой величина на какое-то время перестает изменяться. Подобное состояние объясняется следующим: уменьшение вследствие увеличения концентрации ионов в жидкой фазе компенсируется увеличением из-за постепенного снижения ее количества.

В третьем периоде величина постоянно возрастает вследствие интенсификации уменьшения количества жидкой фазы из-за химического и адсорбционного связывания воды и испарения ее в окружающую среду, а также нарушения сплошности наполненных жидкой фазой капилляров, что препятствует прохождению электрического тока. Интенсивность роста обусловливается скоростью гидратации цемента, темпом его твердения и уменьшением водосодержания (рис. 1).

0,5 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0 100 200 300 40 100 200 300 4t, минуты t, минуты Портландцемент Микроцемент а) б) Рис. 1. Зависимость удельного сопротивления цементных растворов от времени. а) - В/Ц=0,5, б) – В/Ц=0,Графики рис.1 демонстрируют разницу в скоростях протекания гидратации для цементов с различной удельной поверхностью. Микроцемент проходит первые два этапа изменения удельного сопротивления за 120-130 мин, в то время как для портландцемента этот срок составляет порядка 240-250 мин.

В ходе исследований было определено, что цементные растворы, приготовленные на основе высокодисперсного цемента при В/Ц= 0,7-1,0 обладают сроками схватывания в пределах 2,5-4 ч, с растекаемостью 19-25 см.

Важнейшим компонентом, количеством и свойствами которого определяются физические свойства цементного камня, является цементный гель. Гель, образующийся при гидратации портландцемента, представляет собой гетерогенную смесь.

Преобладающим элементом геля является гидросиликат кальция с , ом·м , ом·м частицами коллоидного размера, неопределенного или меняющегося состава.

Удельный объем цементного геля не зависит от исходного водосодержания цементной суспензии и постоянен в течение процесса гидратации. Цементный гель распологается вокруг зерен цемента в виде тонкопористой массы. Эта масса включает гидратированную часть цемента и некоторое количество химически несвязанной воды, находящейся в порах геля. Остальная свободная вода образует промежуточный объем, называемый капиллярными порами.

Капиллярные поры представляет собой единую или раздробленную систему каналов, заполняющуюся цементным гелем в процессе гидратации. Размер капиллярных пор значительно больше, чем размер пор геля, и широко колеблется в зависимости от водоцементного отношения и степени гидратации цемента. В начальный период твердения капиллярные промежутки представляют собой непрерывную взаимосвязанную систему капиллярных каналов. По мере развития гидратации этот промежуток между зернами цемента заполняется цементным гелем.

Постепенно неразрывность системы нарушается, и вместо капиллярных каналов образуются капиллярные гнезда. При увеличении водоцементного отношения капиллярные поры остаются и после окончания гидратации.

Использование тонкодисперсного цемента позволяет увеличить удельный объем цементного геля в формирующемся цементном камне и снизить в нем долю капиллярной пористости, что благоприятно повлияет на прочностные характеристика камня при повышенном содержании жидкости затворения.

В ходе экспериментальных исследований было установлено, что при использовании в качестве вяжущего вещества цемента с удельной поверхностью 650 м2/кг прочность цементного камня и скорость ее набора значительно превосходят эти показатели для портландцемента стандартной дисперсности (табл. 1,2).

Таблица Прочность при изгибе тампонажного камня Водоцементное отношение Сутки Микроцемент Портландцемент 0,7 0,9 0,7 0,2 1,97 0,89 0,54 0,3 2,18 1,37 1,21 0,5 2,66 1,71 1,73 1,7 2,96 2,14 1,99 1,Таблица Прочность при сжатии тампонажного камня Водоцементное отношение Сутки Микроцемент Портландцемент 0,7 0,9 0,7 0,2 9,5 5,4 2,1 0,3 14,5 7,8 3,9 0,5 17,0 9,2 5,1 2,7 18,5 11,0 5,7 2,Цементный камень на основе микроцемента обладает большей прочностью при изгибе и сжатии, чем цементный камень, полученный из стандартного портландцемента. Разница в прочностных характеристиках особенно заметна при высоких значениях водоцементного отношения.

Далее, были проведены исследования пористости и газовой проницаемости цементного камня при различных водоцементных отношениях (табл. 3).

Таблица Пористость и проницаемость тампонажного камня В/Ц Микроцемент Портландцемент Пористость, Проницаемость, Пористость, Проницаемость, % мД % мД 0,5 13,09 0,40 21,74 0,0,6 13,02 0,38 23,96 4,0,7 12,79 0,36 29,64 18,0,9 17,54 1,08 39,85 - Пористость портландцемента линейно возрастает при увеличении водоцементного отношения от 0,5 до 0,9. Микроцемент, в свою очередь, сохраняет пористость на уровне 12-14% вплоть до В/Ц=0,7, после чего пористость возрастает до 18% при В/Ц=0,9.

Таким образом, разница в пористости цементного камня изменяется от 9% при В/Ц=0,5 до 22% при В/Ц=1,0.

Микроцемент обладает низкой проницаемостью на уровне 0,5-0,8 мД при всех значениях В/Ц от 0,5 до 0,9. Портландцемент, обладая достаточно низкой проницаемостью при водоцементном отношении, равном 0,5, при его увеличении до 0,7 становится проницаемым более чем на 1800%. Исследования проницаемости портландцемента при значении В/Ц=0,9 не проводились во избежание разрушения образцов в процессе испытания.

Полученные результаты подтверждают обоснованность выбора цемента с высокой удельной поверхностью в качестве базового вяжущего вещества при повышенных водоцеменных соотношениях.

В четвертой главе изложены результаты экспериментальных исследований свойств облегченных тампонажных композиций на основе высокодисперсного портландцемента с облегчающей добавкой.

Снижения плотности тампонажной смеси можно добиться как путем введения в смесь облегчающих добавок, так и путем повышения содержания дисперсионной среды (повышение водоцементного отношения). Однако увеличение содержания воды и облегчающих добавок негативно сказывается на техникотехнологических параметрах раствора, а также на прочностных свойствах тампонажного камня.

Существующие рецептуры тампонажных композиций подразумевают введение облегчающих добавок в количестве 10-50% от массы цемента в цементный раствор с водоцементным отношением 0,45-0,55. В большей части этих составов используются в качестве минерального вяжущего вещества различные вариации портландцемента, что обусловливает верхнюю границу допустимого содержания воды в смеси, так как при дальнейшем повышении В/Ц тампонажные композиции перестают удовлетворять предъявляемым требованиям.

Результаты проведенных исследований позволяют обосновать выбор микроцемента в качестве базового вяжущего вещества для создания облегченных тампонажных композиций с повышенным водосодержанием. Микроцемент обладает удельной поверхностью 600-800 м2/кг, в то время как удельная поверхность портландцемента составляет 250-300 м2/кг. Повышение удельной поверхности вызывает повышение водопотребности смеси, что позволяет вводить в ее состав большее количество воды без ухудшения технологических параметров.

Для проведения экспериментальных исследований был выбран микроцемент марки Rheocem 650, обладающий удельной поверхностью 650 м2/кг.

При этом проводились исследования различных облегчающих добавок (зола-унос, керамзитовая пыль, алюмосиликатные полые микросферы и др.), в результате чего из всего многообразия материалов были выбраны алюмосиликатные полые микросферы (АСПМ), поскольку остальные добавки не обеспечивали удовлетворительных параметров цементного раствора и камня.

АСПМ представляют собой полые, почти идеальной формы силикатные шарики с гладкой поверхностью диаметром от 10 до 1мкм (в среднем – 35 мкм). Толщина стенок от 2 до 10 мкм, температура плавления 1400—1500°С, плотность 580—690 кг/м3.

Прочность при гидростатическом сжатии – 25-30 МПа. АСПМ являются отходом сжигания угля на ТЭЦ.

В связи с повышенным содержанием воды в разрабатываемых смесях в ходе исследований была установлена необходимость введения стабилизирующей добавки, которая при сохранении равномерной структуры смеси не снижает реологические параметры раствора и механические характеристики цементного камня. Основными критериями выбора добавки являются доступность и стоимость. В качестве стабилизирующей добавки автором был выбран реагент «Полидон» (высокомолекулярный поливинилпирролидон с молекулярной массой 5·105-6·106). Он представляет собой полупрозрачную бесцветную жидкость с полной растворимостью в воде, устойчивую к действию соляей поливалентных металлов, минерализованных вод и повышенной температуры (до 1200С). В ходе исследований выбранный стабилизатор не оказал негативного влияния на свойства тампонажного раствора и камня, однако обеспечил необходимую стабильность смесей. Также в ходе исследований было установлено оптимальное содержание стабилизирующей добавки в пределах 0,81,2%. При меньшем содержании добавки теряется эффект стабилизации, а при большем – снижается прочность цементного камня.

Как видно из рис. 2, на котором представлены результаты исследований плотности тампонажных составов, снижение плотности растворов возможно до значений порядка 1,3-1,35 г/см3.

1,1,1,1,1,1,1,1,0 5 10 15 20 25 30 35 40 Содержание микросфер,% В/Ц=0,6 В/Ц=0,7 В/Ц=0,8 В/Ц=0,Рис. 2. Зависимость плотности тампонажной смеси от содержания микросфер При содержании облегчающей добавки в количестве 20% и больше водоцементное отношение смеси не оказывает существенного влияния на ее плотность, но снижая при этом прочность получаемого цементного камня. Значительное снижение плотности достигается при содержании АСПМ до 20-25%, после чего темп снижения плотности раствора уменьшается. Таким образом, оптимальные значения плотности достигаются при содержании облегчающей добавки в пределах 15-25% от массы цемента.

Плотность раствора, г/смОдной из характерных особенностей полученных тампонажных композиций являются их сроки схватывания, значительно более короткие, чем у составов на основе портландцемента стандартной дисперсности. Это свойство проявляется у всех исследованных водоцементных отношений, вплоть до В/Ц=1,0. Окончание сроков схватывания наблюдается в пределах 3-4 ч и зависит от водоцеметного отношения смеси.

На увеличение сроков схватывания незначительное влияние оказывает содержание в составе композиции поливинил- пироллидона и микросфер.

Поскольку тампонажные композиции создавались при повышенных водоцементных отношениях, их растекаемость удовлетворяет требованиям ГОСТ 1581-96 к тампонажным цементам, составляя 21 см при В/Ц=0,7 и 25 см при В/Ц=0,9.

В ходе исследований стабильности тампонажных композиций на основе микроцемента с добавлением поливинилпироллидона было установлено, что на интервале В/Ц=0,61,0 раствор обладает показателем стабильности, удовлетворяющим требованиям ГОСТ 1581-96.

Для определения времени прокачивания разработанных смесей были проведены исследования их консистенции (рис.3).

Введение в состав смеси АСПМ практически не влияет на сроки набора консистенции раствором.

Стабилизатор «Полидон» увеличивает время набора раствором консистенции 30 у.е.к. в среднем на 15-20%.

Консистенция растворов со стабилизатором и без него на ранних сроках практически идентична, и только на последнем этапе структурообразования проявляется влияние поливинилпироллидона.

При увеличении водоцементного соотношения время набора растворами консистенции увеличивается со 100-110 мин. для В/Ц=0,6 до 160-170 мин. для В/Ц=0,9.

0 50 100 150 200 2t, мин В/Ц=0,6 В/Ц=0,6+1% Полидон В/Ц=0,9 В/Ц=0,9+1% Полидон Рис.3 Зависимость консистенции тампонажных растворов от времени Одним из основных параметров, определяющих границы применения облегченных тампонажных составов для качественного крепления скважин является прочность при изгибе и сжатии.

Исследования прочности цементного камня проводились при нормальных условиях.

В табл. 4 представлены прочностные характеристики при изгибе цементного камня в возрасте 3 сут. Табл. 5 содержит данные о прочности цементного камня при сжатии в возрасте 3 суток.

Таблица Прочность при изгибе тампонажного камня на основе микроцемента с добавлением АСПМ, МПа Содержание Водоцементное отношение микросфер 0,6 0,7 0,8 0,10% 2,50 2,01 1,50 1,20% 2,15 1,80 1,44 1,30% 2,04 1,60 1,30 1,Консистенция, у.е.к.

Таблица Прочность при сжатии тампонажного камня на основе микроцемента с добавлением АСПМ, МПа Содержание Водоцементное отношение микросфер 0,6 0,7 0,8 0,10% 12,90 9,15 5,04 4,20% 8,68 6,20 4,05 2,30% 7,01 5,05 3,77 2,Как можно заметить, увеличение содержания микросфер в тампонажном растворе негативно влияет на прочность получаемого цементного камня. Однако его прочность остается достаточной для качественного крепления обсадной колонны.

Были исследованы и адгезионные свойства тампонажного камня к металлу. Результаты исследований адгезии на 3 сут твердения представлены в табл. 6.

Таблица Адгезия к металлу тампонажного камня на основе микроцемента с добавлением АСПМ, МПа Содержание Водоцементное отношение микросфер 0,6 0,7 0,8 0,10% 8,49 6,86 5,45 3,20% 6,13 4,48 3,63 1,30% 4,74 2,96 1,85 1,Характерной особенностью разработанных составов является их адгезия к металлу, даже при высоких содержаниях облегчающей добавки и жидкости затворения.

Таким образом, разработанные облегченные тампонажные смеси и образующийся из них цементный камень обладают характеристиками, необходимыми для качественного крепления обсадных колонн в условиях аномально низких пластовых давлений.

В пятой главе представлен способ приготовления разработанных тампонажных составов, а также обосновываются технологические схемы цементирования. Для повышения качества крепления обсадных колонн в условиях аномально низких пластовых давлений с использованием полученных тампонажных композиций рекомендуются к применению методы обратного и ступенчатого цементирования. Опытно-производственная оценка предложенных технико-технологических решений была проведена на скважине № 235 Юрубчено-Тохомского месторождения при цементировании технической колонны. Результаты опытнопроизводственных испытаний свидетельствуют об эффективности предложенной облегченной тампонажной смеси для крепления скважин в условиях аномально низких пластовых давлений.

Основные выводы отражают обобщнные результаты исследований, выполненных в соответствии с поставленными задачами, решение которых обеспечило достижение автором цели диссертационной работы.

Основные выводы и рекомендации:

Диссертация Сторчака А.В. является законченной научноквалификационной работой, удовлетворяющей требованиям п. Положения ВАК Минобрнауки РФ к кандидатским диссертациям по техническим наукам и в которой решена актуальная задача повышения эффективности крепления обсадных колонн в условиях аномально низких пластовых давлений, что имеет важно народнохозяйственное значение для нефтегазовой отрасли.

При выполнении работы получены следующие выводы:

1. Существующие облегченные тампонажные композиции для цементирования скважин в условиях аномально низких палстовых давлений не всегда обеспечивают качественную изоляцию затрубного пространства.

2. Процессы гидратации цементных зерен и структурообразования цементов повышенной дисперсности происходят в 2-3 раза быстрее по сравнению со стандартным портландцементом.

3. Увеличение степени дисперсности цементного клинкера повышает прочность (при изгибе – до 40%, при сжатии – до 250%) и снижает пористость и проницаемость цементного камня.

4. На основе микроцемента дисперсностью 650 м2/кг при значениях В/Ц=0,6-0,9 возможно создание тампонажных композиций, образующих цементный камень с высокой прочностью и пониженной проницаемостью.

5. Введение в состав раствора алюмосиликатных микросфер (АСПМ) в количестве до 30%, при значениях водоцементного отношения (В/Ц) в интервалах 0,60,8, обеспечивает получение тампонажных композиций плотностью до 1300 кг/м3.

6. Качественное крепление обсадных колонн в условиях аномально низких пластовых давлений с предотвращением загрязнения продуктивного пласта твердой фазой и фильтратом цементного раствора достигается применением разработанных облегченных тампонажных систем, закачиваемых в скважину методами ступенчатого и обратного цементирования.

7. Опытно-производственные испытания свидетельствуют об эффективности разработанных облегченных тампонажных композиций для цементирования скважин в условиях аномально низких пластовых давлений.

8. Рекомендуется продолжить исследования в указанном направлении с целью создания более эффективных цементных составов для цементитрования нефтяных и газовых скважин в условиях аномально низких пластовых давлений.

Содержание диссертации отражено в следующих основных печатных работах:

1. Николаев Н.И., Сторчак А.В. Перспективы использования тампонажных составов пониженной плотности на основе высокодисперсных минеральных вяжущих веществ // Проблемы научно-технического прогресса в бурении скважин: сб. докладов Всероссийской научно-технической конференции, посвящнной 55летию кафедры «Бурение скважин». Томск: Томский политехнический университет, 2009. - С.158-160.

2. Николаев Н.И., Мелехин А.А., Сторчак А.В.

Предварительные результаты исследований по созданию расширяющихся тампонажных составов для цементирования обсадных колонн в условиях поглощения цементного раствора // Инженер-нефтяник. Научно-технический журнал, 2010. - №4. – С.38-40.

3. Николаев Н.И., Усманов Р.А., Мелехин А.А, Сторчак А.В.

Повышение качества крепления обсадных колонн при строительстве нефтяных и газовых скважин // Труды VII Международной научнопрактической конференции «Ашировские чтения», Т.II. - Самара:

Самарский государственный технический университет, 2010. –– С.55-57.

4. Мелехин А.А., Сторчак А.В. Повышение эффективности цементирования обсадных колонн при бурении нефтяных и газовых скважин в условиях аномально низких пластовых давлений // Материалы XI международной молоджной конференции «Севергеоэкотех-2010». Ч.4 - Ухта: УГТУ, 2010. - С. 75-79.

5. Николаев Н.И., Мелехин А.А., Сторчак А.В., Усманов Р.А.

Повышение качества межпластовой изоляции затрубного пространства в интервалах вторичного вскрытия продуктивных пластов // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – М.: ОАО ВНИИОЭНГ, 2011. - №2. - С. 17-20.

6. Сторчак А.В., Мелехин А.А. Разработка составов тампонажных смесей на основе микроцементов // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – М.: ОАО ВНИИОЭНГ, 2011. - №8. - С. 51-54.

7. Сторчак А.В. Тампонажные смеси для крепления скважин в условиях аномально низких пластовых давлений // Научные исследования и инновации, - Пермь: ПГТУ, 2011, Т. 5, №1, - С.40-44.

8. Николаев Н. И., Сторчак А. В. Результаты исследований по созданию облегченных тампонажных составов на основе тонкодисперсных минеральных вяжущих веществ // Сб. научн. тр.

Донецкого национального технического университета, серия «Горное дело и геология». Вып. 14 (181). –Донецк: ДНВЗ «ДонНТУ», 2011. - С. 222-225.







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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.