- •Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М.
- •Витание твердых частиц в потоках жидкости, газа и газожидкостной смеси
- •Перепад давления в местных сопротивлениях циркуляционной системы
- •Расчет потерь давления в элементах циркуляционной системы
- •Определение потерь давления в долоте.
- •Распределение давлений в нисходящем потоке газа в трубах
- •Расчет подачи и давления компрессоров при бурении с продувкой
- •1.4. УСТАНОВИВШЕЕСЯ ТЕЧЕНИЕ ГАЗОЖИДКОСТНОЙ СМЕСИ В СКВАЖИНЕ
- •Уравнения течения газожидкостных смесей
- •Перепад давлений в насадках долот при течении газожидкостной смеси
- •Перепад давления в турбобурах
- •1.6. РАСПОЗНАВАНИЕ ГАЗОВОГО ВЫБРОСА И ВЫБОР РЕЖИМОВ ЕГО ЛИКВИДАЦИИ
- •Расчет режима ликвидации газового выброса
- •2 ПОГЛОЩЕНИЙ ЖИДКОСТЕЙ
- •В СКВАЖИНАХ
- •2.2. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ПОГЛОЩАЮЩИХ ГОРИЗОНТОВ
- •2.3. ИЗУЧЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ДАВЛЕНИЙ В НЕОБСАЖЕННЫХ СТВОЛАХ
- •2.5. КОЛЬМАТАЦИЯ ПРОНИЦАЕМЫХ ПОРОД
- •2.7. НАПОЛНИТЕЛИ ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ЗОН ПОГЛОЩЕНИЯ
- •3 ТВЕРДЕЮЩИМИ РАСТВОРАМИ
- •3.1. ТАМПОНАЖНЫЕ РАСТВОРЫ И СМЕСИ ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ЗОН ПОГЛОЩЕНИЯ
- •3.1.1. ТАМПОНАЖНЫЕ ЦЕМЕНТЫ И РАСТВОРЫ
- •3.2. ТАМПОНАЖНЫЕ СМЕСИ ДЛЯ ЛИКВИДАЦИИ ПОГЛОЩЕНИЙ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН
- •3.2.1. ТАМПОНАЖНЫЕ СМЕСИ НА ОСНОВЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ
- •3.2.3. ТАМПОНАЖНЫЕ ПАСТЫ
- •3.4.1. ПАКЕРЫ ИЗВЛЕКАЕМЫЕ
- •Глава ГАЗОНЕФТЕВОДОПРОЯВЛЕНИЯ
- •4.1. ПОСТУПЛЕНИЕ ГАЗА В СКВАЖИНУ ПРИ БУРЕНИИ
- •4.1.1. ПРИЗНАКИ ПРОЯВЛЕНИЙ
- •AVmin = eS,
- •4.1.4. О ПРИРОДЕ ГАЗИРОВАНИЯ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ
- •Поступление газа (и других флюидов) в скважину вследствие диффузии
- •Фильтрация газа в скважину
- •Поступление флюида в скважину за счет капиллярного противотока
- •Контракционный эффект бурового (глинистого) раствора
- •4.2. ГАЗОПРОЯВЛЕНИЯ ПРИ КРЕПЛЕНИИ СКВАЖИН
- •4.2.5. ПРОНИЦАЕМОСТЬ ЦЕМЕНТНОГО РАСТВОРА
- •4.2.7. ПРОНИЦАЕМОСТЬ КАМНЯ ИЗ ТАМПОНАЖНОГО ЦЕМЕНТА
- •4.2.10. КОНТРАКЦИОННЫЙ ЭФФЕКТ
- •4.3. ТАМПОНАЖНЫЕ СОСТАВЫ ДЛЯ ЛИКВИДАЦИИ НЕФТЕГАЗОПРОЯВЛЕНИЙ
- •5 СТЕНОК СКВАЖИНЫ
- •6.1. РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ И ХАРАКТЕРИСТИКА ММП
- •6.4. ТИП И КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ БУРОВОГО ПРОМЫВОЧНОГО АГЕНТА
- •6.5. ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ БУРЯЩЕЙСЯ СКВАЖИНЫ
- •7 И ПОСАДКИ КОЛОННЫ ТРУБ,
- •ЖЕЛОБООБРАЗОВАНИЕ
- •7.1. ПРИРОДА ПРИХВАТОВ КОЛОНН ТРУБ
- •7.3. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВОЗНИКНОВЕНИЕ ПРИХВАТОВ КОЛОННЫ ТРУБ
- •7.4. ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ПРИХВАТОВ
- •7.4.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ
- •7.4.4. ПРИХВАТЫ ТРУБ В ЖЕЛОБНЫХ ВЫРАБОТКАХ
- •7.4.5. ПРИХВАТЫ ВСЛЕДСТВИЕ САЛЬНИКООБРАЗОВАНИЯ
- •7.4.10. УСТЮЙСТВА ДЛЯ ОЧИСТКИ СТВОЛА СКВАЖИНЫ
- •7.4.11. ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ПРИХВАТОВ АЛМАЗНЫХ ДОЛОТ
- •7.5. ЛИКВИДАЦИЯ ПРИХВАТОВ
- •7.5.2. РАСХАЖИВАНИЕ ПРИХВАЧЕННОЙ КОЛОННЫ
- •7.5.3. УСТАНОВКА ЖИДКОСТНЫХ ВАНН
- •7.5.6. ПРИМЕНЕНИЕ УДАРНЫХ УСТРОЙСТВ
- •7.5.7. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА
- •7.5.9. ГИДРОВИБРИРОВАНИЕ КОЛОННЫ ТРУБ
- •8.2. ФАКТОРЫ, СПОСОБСТВУЮЩИЕ ВОЗНИКНОВЕНИЮ АВАРИЙ
- •8.3. АВАРИИ
- •8.4. РАЗРУШЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ
- •8.5. ОТКРЫТЫЕ АВАРИЙНЫЕ ФОНТАНЫ
- •9 В БУРЯЩИХСЯ СКВАЖИНАХ
- •9.1. ОТСОЕДИНЕНИЕ НЕПРИХВАЧЕННОЙ ЧАСТИ КОЛОННЫ ТРУБ
- •9.2. ЗАХВАТЫВАЮЩИЕ ИНСТРУМЕНТЫ
- •9.3. ОТБИВАНИЕ ЯССАМИ ПРИХВАЧЕННЫХ ТРУБ И ИНСТРУМЕНТОВ
- •9.4. ОПЕРАЦИЯ ОБУРИВАНИЯ
- •9.5. ИЗВЛЕЧЕНИЕ МЕЛКИХ ПРЕДМЕТОВ
- •9.7. ИЗВЛЕЧЕНИЕ ИЗ СКВАЖИН ПРИХВАЧЕННЫХ ПАКЕРОВ
4.2.7. ПРОНИЦАЕМОСТЬ КАМНЯ ИЗ ТАМПОНАЖНОГО ЦЕМЕНТА
При сплошном заполнении заколонного про странства с полным замещением бурового раствора цемент ным переток газа может происходить только через цемент ный камень, если проницаемость его высока и перепад дав ления достаточный.
Известно, что в результате действия различных температур и давлений при твердении цементного раствора проницае мость камня изменяется. Большое значение при этом имеют водоцементное отношение, количество и природа наполните лей и срок твердения раствора-камня.
Изменение газопроницаемости цементного камня, твер девшего при различных температурах и давлениях в течение от 12 до 168 ч, представлено в табл. 4.7.
На основании данных (см. табл. 4.7) построены графики зависимости проницаемости цементного камня от температу ры, давления и от срока твердения (рис. 4.14).
С увеличением возраста наблюдается снижение проницае мости цементных образцов, твердевших при температуре 22 и 75 °С, причем темп снижения проницаемости у образцов, твердевших при 22 °С, больше, чем у образцов, твердевших при 75 °С. С повышением температуры от 75 до 110 °С и увеличением давления до 30,0 МПа проницаемость образцов несколько возрастает. К 4 —7 сут проницаемость стабилизи руется. Дальнейшее повышение температуры и давления при водит к интенсивному росту проницаемости. Так, при темпе ратуре 140 °С и давлении 40,0 МПа проницаемость цементно го камня с увеличением срока твердения возрастала. При температуре 200 °С и давлении 50,0 МПа проницаемость об разцов из цементного камня оставалась приблизительно по-
Т аб ли ца 4.7 Изменение проницаемости (в мД) цементных образцов, твердевших при
различных температурах |
Г (в °С) н давлениях р (в МПа) |
|
|
|||||||
Время |
Г = |
22, |
Г = |
75, |
Т = |
110, |
Т = 140, |
Г = |
200, |
|
тверде |
||||||||||
Р = |
1 |
р = |
0,1 |
р = |
30,0 |
р = 40,0 |
р = |
50,0 |
||
ния, ч |
||||||||||
6 |
— |
|
— |
|
4,00 |
15,20 |
75,00 |
|||
12 |
44,50 |
1,40 |
2,50 |
34,00 |
68,00 |
|||||
24 |
19,00 |
0,46 |
1,50 |
38,00 |
63,00 |
|||||
48 |
7,20 |
0,44 |
1,45 |
40,00 |
65,00 |
|||||
96 |
2,53 |
0,37 |
1,39 |
45,60 |
66,00 |
|||||
168 |
1,70 |
0,29 |
1,44 |
46,45 |
68,20 |
Время, ч
Рис. 4.14. Изменение проницаемости к цементных образцов при различных сроках твердения. Условия твердения образцов:
1- 22 °С; 2 - |
75 °С; 3 - 110 °С и 30 МПа; 4 - |
140 °С и 40 МПа; 5 - 200 °С и |
60 МПа |
|
|
стоянной |
и равной 60 —70 мД для |
конкретного цемента и |
различных сроков твердения.
Таким образом, при температурах до 100—110 °С портландцементные растворы затвердевают в камень с низкой проницаемостью, что не может быть причиной перетока газа из одного объекта в другой.
При более высоких температурах (>130 °С) и давлениях проницаемость портландцементного камня резко возрастает (30 —80 мД). В последнем случае, если перепады давления до статочны, а расстояние между газовым объектом и резервуа рами небольшое, вполне возможно начало развития движения газа. При установившемся движении каналы увеличиваются.
На изменение проницаемости портландцементного камня существенно влияет введение добавок и наполнителей.
В табл. 4.8 сведены данные о влиянии водоцементного о т ношения на проницаемость цементного камня, твердевшего при различных условиях.
Видно, что через 2 сут твердения при температуре 130 °С и давлении 40,0 МПа проницаемость камня из новороссий ского цемента (по воздуху) составляла всего 2,25 мД (при во доцементном отношении 0,5); с увеличением температуры до 150 и 170 °С проницаемость увеличивается до 60 —80 мД, что
Влияние водоцементного отношения на проницаемость камня (в мД)
Состав раствора, кг |
Г = |
130 °С, |
Т = |
150 °С, |
Г = |
170 °С. |
||
р = |
40,0 МПа |
р = 40,0 МПа |
р = |
40,0 МПа |
||||
|
|
вода |
|
Время твердения, сут |
|
|||
|
|
2 |
7 |
2 |
7 |
2 |
7 |
|
|
|
|
||||||
100 |
|
35 |
1,20 |
1,93 |
6,10 |
6,35 |
21,6 |
7,70 |
100 |
|
45 |
2,20 |
2,55 |
12,80 |
14.6 |
21,6 |
|
100 |
33 |
50 |
2.25 |
3,13 |
25,5 |
24,2 |
32.3 |
37,0 |
100 |
50 |
1.25 |
1,20 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
3,75 |
|
100 |
50 |
50 |
1,20 |
1,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
1,87 |
100 |
100 |
55 |
3,50 |
5,95 |
29.3 |
32,1 |
41,7 |
41.4 |
100 |
55 |
1,30 |
1,30 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
1,40 |
|
100 |
|
60 |
4,35 |
9,48 |
56.3 |
64,0 |
51.4 |
69.5 |
100 |
|
70 |
6,22 |
12,7 |
78.4 |
79.5 |
86,3 |
|
100 |
|
80 |
10,7 |
22,2 |
86,0 |
92,4 |
100,6 |
83.2 |
100 |
|
90 |
20,3 |
|
98,40 |
145.6 |
158,2 |
158.2 |
указывает на необходимость более тщательного контроля за плотностью в случае использования чистых портландцементов для цементирования глубоких высокотемпературных
скважин.
При более высоких температурах и содержании значи тельных количеств воды в растворе (80 —90 %) проницаемость камня достигала 100-150 мД. Бесспорно, цементный камень с указанной проницаемостью не может быть тампоном. Газ по нему, как и по каналу, может перемещаться в соседние горизонты.
4.2.8. ВЛИЯНИЕ ПЛАСТОВЫХ ВОД НА ВОЗМОЖНОСТЬ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ГАЗОПРОЯВЛЕНИЙ (КОРРОЗИЯ, СУФФОЗИЯ)
Плотный непроницаемый камень, качество которого не снижается под действием различных факторов (температуры, давления и т.д.), очень устойчив к агрессивным водам вследствие необъемного (поверхностного) разрушения и отсутствия суффозии, выщелачивания и т.д. Обсадные тру бы, корродируемые пластовыми водами, в таких случаях лучше сохраняются.
При определенных условиях проницаемость цементного камня является причиной обводнения скважин, перетока нефти и газа из продуктивных горизонтов. При установле
нии через него фильтрации вод или газа разрушение камня интенсифицируется.
Фильтрация 5%-ного водного раствора сернокислого на трия при температуре 100 °С и более не вызывала закупор ки пор цементного камня. С увеличением времени прокачи вания проницаемость камня повышалась. При низких тем пературах (22 °С) после возобновления прокачивания 5%-ного водного раствора сернокислого натрия через 24 ч количество фильтровавшейся жидкости снизилось от 24 до 3 см3/см2 (перепад 2,5 МПа), что указывало на увеличение плотности портландцементного камня.
Твердение цементно-бентонитовых смесей состава 3:1 при температуре 60 °С способствовало уменьшению проницаемо сти образцов в коррозионной среде (близкой по составу к пластовым водам) в течение 3 —6 мес. Проницаемость образ цов состава 2:1 увеличилась, а из шлаковых смесей при этом уменьшилась. Известь за весь срок твердения выщелачивалась незначительно (около 10 %) по сравнению с исходными кон центрациями СаО в смесях.
При температуре порядка 130 °С и давлении 20 —30 МПа проницаемость возрастает и достигает значений десятков миллидарси, что, бесспорно, может способствовать прохож дению газа при соответствующих перепадах давления и высо те столба цементного раствора между продуктивным гори зонтом и другим коллектором.
Однако времени на образование таких каналов (если они могут являться каналами для движения газа) требуется значи тельно больше, чем срок затвердевания цементного раствора в затрубном пространстве.
Цементно-бентонитовые смеси составов 3:1 и 2:1 в услови ях длительного твердения при температуре 100 °С в коррози онной среде имеют проницаемость в пределах 1,5 —2,3 мД, водопроницаемость при перепаде 0,2 МПа равна нулю.
Цементно-песчаные смеси после твердения в условиях коррозионной среды при высоких температурах и давлениях показывают проницаемость, близкую к нулю.
Резюмируя сказанное, можно сделать вывод, что проница емость тампонажного камня не может явиться причиной га зопроявлений в процессе цементирования, ОЗЦ или сразу после него даже при ее увеличении вследствие воздействия коррозийных вод.
4.2.9.УСАДКА И ОБРАЗОВАНИЕ ТРЕЩИН
ВЦЕМЕНТНОМ КАМНЕ И ВЛИЯНИЕ
ИХ НА ВОЗМОЖНОСТЬ ГАЗОПРОЯВЛЕНИЙ
Физико-химические процессы схватывания и твердения раствора из портландцемента сопровождаются по сле небольшого, обычно не фиксируемого, расширения усад кой, выражающейся в незначительном уменьшении внешнего объема твердеющего цемента, что приводит к увеличению прочности, а в некоторых случаях к перенапряжению струк туры и частичному разрушению цементного камня.
При непрерывном удалении выделяющейся воды и даль нейшем термостатировании образца под давлением (т.е. твер дении раствора и камня в случае отсутствия воды), как пра вило, цементный камень получается трещиноватым и порис тым.* Механическая прочность такого цементного камня в 3 —4 раза меньше, чем при нормальном водоцементном от ношении. Трещины, получаемые в цементном камне во вре мя твердения последнего в нормальных условиях при отсут ствии воды, могут быть каналами для продвижения флюидов, в первую очередь газа, давая начало газопроявлениям.
Анализ литературы показывает, что не происходит усадки камня цементных растворов, твердеющих в гидротермальных условиях при давлении (т.е. в скважине при контакте с во дой); в некоторых случаях происходит их существенное рас ширение.
Лабораторными работами доказано, что при высоких температурах (75—150 °С) и давлениях (20 —50 МПа) извлече ние образцов из форм, предварительно смазанных машин ным маслом, сопряжено с трудностями. Образцы цементного камня, затвердевшие в тех же условиях, отделяются от колец Вика, как правило, после ударов молотком по специальной наставке. Все эти и подобные случаи указывают на то, что твердение цементного раствора и камня происходит без усадки.
Более того, в процессе твердения цементного раствора в цилиндрах, в нижней части которых подведен газ, последний не проникает в верхнюю часть, а происходит его поглощение за счет контракционных явлений. В многочисленных экспе риментальных работах подобного типа не было ни одного случаях проникновения газа через цементный камень за счет возникших при этом трещин или усадочных изменений.