8.6.ТЕХНИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Вработах отечественных и зарубежных ученых доказано, что при прочих равных условиях полнота вытеснения бурового раствора цементным зависит в первую очередь от режимов те­ чения растворов, величины и различия их реологических пара­ метров. На степень вытеснения и смешения растворов значи­ тельное влияние могут оказывать и другие факторы: кавернозность и загрязненность ствола, величина кольцевого зазора и эксцентричность положения труб в скважине, наличие или от­ сутствие разделительной буферной жидкости, время контакта цементного раствора и буферной жидкости с трубами и породой и другие факторы.

Вследствие сложности явлений, происходящих при вытес­ нении, и невозможности теоретического решения вопроса ве­ дется большая исследовательская работа. При этом многие спе­ циалисты, не имея приборов для определения реологических свойств растворов и не зная фактического режима течения, по­ лучаемые результаты ставили в зависимость от скорости дви­ жения жидкостей в скважине или модели.

При изучении выноса разбуренной породы потоком бурового раствора обнаружено, что при средней объемной скорости 0,15 м/с поток может занимать 1/4 даже 1/5 часть всего сече­ ния. При увеличении средней скорости эта неравномерность сглаживается. В результате было установлено следующее:

1)с увеличением скорости восходящего потока улучшается процесс вытеснения бурового раствора цементным;

2)наличие в кавернозной части загустевших масс бурового раствора резко уменьшает полноту вытеснения;

3)во всех случаях на стенках скважин остается плотная гли­ нистая прослойка, делающая невозможным непосредственный контакт цементного раствора с породой.

Т.Е. Еременко, Д.Ю. Мочернюк и Н.Г. Гелетий считают, что при цементировании скважин достаточно ограничиться лами­ нарным (Re = 700+1200) потоком, при котором коэффициент вытеснения составляет 80-90 % , а толщина отстающего погра­ ничного слоя бурового раствора значительно меньше, чем при переходном (Re = 1300+2300) режиме от ламинарного к турбу­

лентному. Рекомендуемые ими скорости находятся в пределах 0,75-1,5 м/с.

Практически турбулизация потока жидкости может быть достигнута при указанных скоростях, если предварительно растворы подвергнуть специальной обработке.

Отрицательные последствия неудовлетворительного заме­

щения бурового раствора цементным объясняются еще и тем, что в месте контакта часто образуются очень вязкие, трудно прокачиваемые пробки, которые являются одной из основных причин значительного повышения давления, приводящего не­ редко к остановке цементирования и другим авариям.

Объемы зон смешения, по наблюдениям, при цементирова­ нии некоторых скважин составляли 33-75 % объема закачива­ емого в скважину тампонажного раствора, что соответствовало вытеснению из заколонного пространства только 40-60 % буро­ вого раствора.

Применение буферной жидкости и увеличение скорости на­ ряду с другими мероприятиями позволяют предотвратить сме­ шение и обеспечить более полное заполнение затрубного прост­ ранства цементным раствором.

8.7. ВЛИЯНИЕ ПОГЛОЩЕНИЯ РАСТВОРА, ВОДООТДАЧИ ИВОДООТСТОЯ

Наличие в скважине поглощений вызывает дополнительные трудности при установках мостов.

Седиментационные процессы, протекающие в цементном растворе до возникновения в нем прочной структуры во время образования коллоидных растворов, очевидно, не играют суще­ ственной роли, так как к концу периода доставки тампонажного раствора к месту назначения последний успевает тщательно перемешаться, прогреться и приобрести соответствующие структурно-механические свойства, обеспечивающие удержа­ ние твердых частиц во взвешенном состоянии.

Влияние водоотдачи и водоотстоя при установках мостов, повидимому, сказывается в значительно меньшей степени, чем при цементировании колонн, требующем большого расхода ма­ териалов и обеспечения гарантийного подъема тампонажного раствора на большую высоту. Однако не учитывать эти факторы нельзя.

В обсаженной скважине возможны следующие варианты, при которых уменьшается первоначальная высота моста.

1.Цементный раствор закачан в интервал перфорации. Под действием перепада давления происходит отфильтровывание части свободной воды в проницаемые горизонты, против кото­ рых образуется плотная корка из обезвоженного цементного раствора. Сокращение объема воды в растворе является причи­ ной уменьшения высоты моста.

2.Цементный раствор закачан выше интервала перфорации.

Поглощений в скважине нет. В этом случае осаждение границы кровли моста произойдет в результате водоотстоя, протекающе­ го почти во всех цементных растворах. В качестве эффективного мероприятия по борьбе с указанными явлениями рекомендует­ ся снижение водоотдачи и повышение стабильности используе­ мых тампонажных растворов. В последние годы этому вопросу было посвящено много работ отечественных и зарубежных ис­ следователей. В работах отмечалось, что в результате водоотда­ чи в окружающие породы цементный раствор обезвоживается, теряет подвижность, быстрее схватывается, вследствие чего наблюдалось много случаев оставления большого количества цементного раствора в трубах. Одновременно это является при­ чиной и общего резкого снижения качества цементирования скважин из-за необходимости постоянного уменьшения скоро­ сти продавливания растворов в период непрерывного роста дав­ лений. Поэтому широко применяются цементные растворы с пониженной водоотдачей.

Для снижения водоотдачи растворов широко используют бентонитовую глину, КМЦ и гипан. Кроме того, гипан в комби­ нации с хромпиком является очень хорошим замедлителем.

8.8. СУБЪЕКТИВНЫЕ ФАКТОРЫ

На качество цементирования скважин оказывают влияние и субъективные факторы, целиком зависящие от исполнителей. В тех случаях, когда в процессе работ допускаются грубые ошиб­ ки и просчеты, происходят аварии и осложнения, нередко за­ канчивающиеся ликвидацией скважин.

Частыми ошибками являются неточности, допускаемые при подсчете необходимого количества продавочной жидкости. Ос­ новная причина - незнание фактического коэффициента сжатия бурового раствора и неумение его определить при необходимос­ ти. Методы разбавления позволяют быстро и достаточно точно определять коэффициент сжатия продавочного раствора непо­ средственно перед цементированием скважины. Влияние ука­ занного фактора особенно заметно там, где для установки моста затворяется малое количество цементного раствора, который в лучшем случае только частично поступает в затрубное прост­ ранство, так как количество продавочной жидкости, как прави­ ло, оказывается меньше необходимого. Поэтому значительная часть тампонажного раствора во время срезки оказывается вы­ мытой на поверхность, а это приводит к тому, что цементного моста или вовсе не оказывается, или он имеет малую высоту.

В некоторых случаях при использовании многокомпонент­ ных смесей допускаются ошибки при определении необходимо­ го количества тампонажных материалов и объема затворяемого раствора. В этом случае рекомендуется пользоваться методикой для определения массового содержания компонентов в тампо­ нажных смесях различного состава и плотности.

Нередко по вине обслуживающего персонала цементировоч­ ных агрегатов допускаются перекачки или недокачки бурового раствора, приводящие иногда даже к прихвату заливочных труб.

Случаи неудачных установок мостов из-за выхода из строя заливочных агрегатов или подъемного бурового оборудования довольно редки.

Большое значение имеют правильные подбор и дозировка ре­ агентов-замедлителей. Известно, что рецептура раствора, подо­ бранная в лаборатории, должна строго выдерживаться при це­ ментировании скважин, особенно глубоких высокотемператур­ ных.

При установке мостов допускаются и другие ошибки: непра­ вильное определение длины заливочного инструмента, засо­ ренность инструмента цементным раствором, оставшимся по­ сле предыдущего цементирования, и т.д.

Отрицательное влияние этой группы факторов легко устра­ няется при правильном и точном ведении работ. Поэтому изуче­ ние накопленного опыта позволит ликвидировать все еще допу­ скаемые иногда отдельными работниками промахи и ошибки.

8.9. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СМЕШЕНИЯ ПРОМЫВОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ И ТАМПОНАЖНЫХ РАСТВОРОВ ПРИ УСТАНОВКЕ МОСТОВ И ЦЕМЕНТИРОВАНИИ СКВАЖИН

Важным фактором, влияющим на успешность установки мостов и цементирования скважин, является смешение бурово­ го раствора с тампонажным, в результате чего образуется иная жидкость с отличными реологическими свойствами. Поскольку в большинстве случаев буровые и цементные растворы обраба­ тываются химическими реагентами, смешение их сопровожда­ ется, как правило, образованием труднопрокачиваемых пробок, являющихся одной из основных причин значительного повы­ шения давления. Смешение растворов зависит от их реологиче­ ских параметров, режима движения, конструкции и глубины

ность: они сильно сгущаются при попадании в них небольших количеств бурового раствора, но во всех случаях темп и абсо­ лютная величина их загустевания значительно меньше, чем у смесей с цементным раствором.

На подвижность смесей заметное влияние оказывают замед­ лители сроков схватывания. Использование тампонажных рас­ творов, особенно шлаковых, содержащих ССБ и хромпик, по­ вышает интенсивность загустевания смесей, что происходит за счет дополнительных реакций между замедлителями и реаген­ тами, содержащимися в цементном и буровом растворах.

С целью изучения влияния смешения цементного и бурового растворов были проведены опыты на капиллярном вискозимет­ ре, результаты которых приведены в табл. 8.7.

Путем исследований с использованием тампонажного цемен­ та и бурового раствора, обработанного УЩР, было установлено, что буровой раствор с примесью небольших количеств цемент­ ного раствора подвергается наиболее интенсивному загустеванию. Например, при добавках к исходному буровому раствору, имевших структурную вязкость 35,6 мПа-с, 10 % цементного раствора, произошло увеличение вязкости до 156,6 мПа*с, а смесь, содержавшая 80 % бурового и 20 % цементного раство­ ров, настолько загустела, что перепад давления, равный 66,6 кПа, был недостаточен для продавливания смеси через капилляр.

В данном случае проявляется несовместимость смешения бурового и цементного растворов, из которых последний, если он не отделен разделительной жидкостью, вызывает коагуля­ цию бурового раствора с образованием пастообразной пробки.