11-01-2016_19-30-26 / All_ZS
.pdf10 Обсадные трубы с трапецеидальной резьбой. Требования, достоинства и недостатки разных типов соединений.
Наиб. распространение получили трубы с конической треугольной резьбой, но в связи с малой их прочностью и герметичностью исп-т трубы с трапецеидальной резьбой. Осевой натяг у них составляет 14мм+/-1 виток. Особенность в том, что трапециянеравнобедренная, S=5,08 мм, h=1,6 мм.
ОТТМ - обсадные трубы трапецеидальные муфтовые.
ОТТМ 219,1х10,7хЕ.
ОТТГ-1- обсадные трубы трапецеидальные с повышенной герметичностью.
Повышенная герметичность достигается дополнительными уплотнительными элементами. ТБО-4, ТБО-5-трубы безмуфтовые обсадные.
Эти трубы хорошо работают на внутреннее избыточное давление и рекомендуются для использования в газовых скважинах и в скважинах с большой интенсивностью искривления. Выпускаются также трубы ОГ1М-безмуфтовые обсадные трубы с трапецеидальной резьбой. Резьба нарезается в теле трубы.
11 Принцип расчета обсадных колонн для нефтяных скважин
Обсадные трубы подвергаются определенным нагрузкам: страгивающие нагрузки по резьбе, внутренние и наружные избыточные давления. Рниz=<Ркр/n1; Рвиz=<Рт/n2; где n1, n2коэфф. запаса прочности. Q=<[Р]; [Р]=Рстр/n3.
1) Определение наружного давления.
В не зацементированном интервале Рн принимается равной гидростатическому от столба промывочной жидкости на любом этапе жизни скважины. В зацементированном интервале до затвердевания цемента Рн принимается равной гидростатическому от составного столба промывочной жидкости и цементного раствора. После затвердевания цемента Рн принимают равным давлению от столба промывочной жидкости и столба жидкости заполняющей поры цементного камня. Если в разрезе есть проницаемые пласты, то Рн против них принимается равным пластовому. Если коэфф. аномальности Ка<1,1, то на эти пласты не обращают внимания. Если в пласте встречаются пластичные породы, то Рн против них принимается равной горному давлению.
2) Определение внутренних давлений.
Внутренние избыточные давления на любой глубине должны быть меньше рассчитанных по формуле Борлоу значений (справочных) с учетом запаса на внутреннее давление (n2=1,15_1,75 в зависимости от диаметра ОК, и глубины спуска. n=f(d,L))
3) Страгивающие нагрузки по резьбе.
Q=<[Р] Это означает, что вес нижерасположенной части колонны должен быть < чем допустимые растягивающие нагрузки для данного типа размера труб. Для труб с треугольной резьбой допустимая нагрузка определяется как: [Р]=Рстр/n3, Рстрстрагивающая нагрузка (из справочника); n3-запас прочности на растяжение (n3=1,15_1,85). Для труб с трапецеидальной резьбой доп. нашрузка берется из справочника.
12 Особенности расчета промежуточных колонн и кондукторов.
Промежуточные колонны и кондукторы рассчитываются на различные ситуации, которые могут возникнуть в дальнейшем при углублении. При определении Рн используют те же формулы, что и при расчете ЭК, однако Рн сразу после цементирования не рассчитывают, поскольку к моменту углубления скважины ц.р. превращается в камень. При определении Рви в качестве Рв берут максимальные значения. Для обс. колонн, на которых устанавливается ПВО эти давления определяются для нескольких ситуаций:
1)НГВП при закрытом устье(рис)
2)если скв. газовая, то (рис)
Полное замещение промывочной жидкости газом принимается для скважин с содержанием H2S более 6%, а также для газовых скважин глубиной менее 1500 м и для скважин большей глубины в открытом стволе которых отсутствуют водоносные горизонты. В других случаях принимается что скважина частично заполнена газом, а в нижней части смесью воды, нефти и газа. Величина Н и ρж задается заказчиком. При отсутствии данных ρж=1,1г/см3.
Для колонн, не оборудованных ПВО Рмах определяется как гидростатическое от утяжеленной промывочной жидкости при дальнейшем углублении скважины, или как
гидростатическое от столба ц.р. при цементировании следующей колонны. Тогда : Рвmin возникают:
1) При поглощении в процессе углубления . Расчет проводится с учетом дальнейшего опорожнения ОК, причем Н принимается 30-40% от длины ОК.
2)При бурении под следующую колонну с помощью аэрированных жидкостей, пен или газообразных агентов.
3)Возможные НГП при открытом устье
Pвн=Рвнмах-Рн (*)
Чаще всего при определении Рви в качестве Рвмах используют Ропр, которое определяется по формуле (*) и которое не должно быть меньше нормативного. Примечание: 1)Если колонна длительно работает на истирание, то есть много СПО при дальнейшем углублении, то в местах возможного протирания необходимо увеличить толщину ОК.2) Для предотвращения протирания колонн, 20м или 2 или3 трубы на устье делают с максимальной толщиной стенки 3) Если Рви и Рни имеют незначительную величину, то колонну рассчитывают на растяжение.
13.Свойства цемента по ГОСТ. Пути восстановления свойств цементов.
Портландцементы – основной вид вяжущих веществ для цементирования скважин. ПЦ получают путем обжига карбонатных г/п и алюмосиликатных горных пород. Карбонатные г/п : известняк, мел, мергели, мраморы. Алюмосиликатные г\п :глины, суглинки, лесс.
Портландцемент= клинкер + добавки + гипс => помол => затаривание. Клинкер=известняк + глина => обжиг при 1500 0С.Добавки=шлак, трепел, опока, песок и др. Гипс 3-5% для регулирования сроков схватывания.
В результате обжига получают клинкер, затем его начинают дробить с 5% добавлением гипса, также добавляют песок. В результате совместного помола получают ПЦ. ПЦминеральное вяжущее вещество, которое при смешении с водой или растворами солей образует прочный искусственный камень. Способность к гидратации и твердению обеспечивается наличием в нем искусственных минералов, образующихся при обжиге рационально подобранной смеси известняка и глины. Такими искусственными минералами являются:
1)3CaO*Si алит(40-60%)- обеспечивает набор прочности ц.камня в первые недели
2)3CaO*Al2O3 алюминат (15-35%)- медленнотвердеющий минерал обеспечивающий прочность камня в более поздние сроки
3)2CaO*SiO2 белит (5-15%)- обеспечивает прочность камня в первые часы твердения
4)4CaO*Al2O3*Fe2O3 алюмоферит (5-15%)- медленнотвердеющий минерал имеющий относительно не высокую прочность.
Химический состав:
1)CaO (64-68%)- повышает скорость тв. ПЦ , прочность, водостойкость камня
2)SiO2 (19-23%)- понижает скорость тв. В начальные сроки, обеспечивает высокую прочность в длительные сроки
3)Al2O3 (4-8%)- повышает скорость тв. ПЦ, прочность, водостойкость камня
4)Fe2O3(3-6%)- снижает температуру спекания клинкера
5)MgO (1-5%)- вызывает не равномерное изменение объема, диструкцию ц.камня
6)K2O+Na2O (0,8-1,4%)- отрицательное воздействие.Непостоянство сроков схватывания, причина опасной деформаций
Характеристики цемента
|
|
|
Значение для цемента при |
|
||
|
|
|
температурах |
|
|
|
|
|
|
прменения |
|
|
|
|
Наименование показателя |
Низких и нормальных |
Умеренных и повышенных |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ТИП I, II |
ТИП III- |
ТИП I, II |
ТИП |
ТИП |
|
|
|
ОБ |
|
III-ОБ |
III- |
|
|
|
|
|
|
УТ |
1. |
Прочность при изгибе, МПа, |
|
|
|
|
|
не менее, в возрасте: |
|
|
|
|
|
|
1 сут |
- |
- |
3,5 |
- |
0 |
|
2 сут |
2,7 |
0,7 |
- |
1 |
2 |
|
2. |
Тонкость помола*: |
|
|
|
|
|
- остаток на сите с сеткой № |
12,0 |
10,0 |
15,0 |
12,0 |
12,0 |
|
008 по ГОСТ 6613, %, не более |
|
|
|
|
|
|
- удельная поверхность, м2/кг, |
270 |
- |
250 |
- |
230 |
|
не менее |
|
|
|
|
|
|
3. |
Водоотделение, мл, не более |
8,7 |
7,5 |
8,7 |
7,5 |
10,0 |
4. |
Растекаемость цементного |
|
|
|
|
|
теста, мм, не менее для |
|
|
|
|
|
|
цемента: |
|
|
|
|
|
Непластифицированного |
200 |
- |
200 |
- |
- |
Пластифицированного |
220 |
- |
220 |
- |
- |
5. Время загустевания до консистенции 30 Ве**, мин, не менее 90
* допускается определять тонкость поиола для цемента типа I только по удельной поверхности, а для цемента типов II и III – Ут – только по остатку на сите
** Единицы консистенции Бердена
14 Структура цементного камня.
Цементный гель имеет пористость около 30%, причем это поры размером 10-7_10-9 см, очень мелкого размера, обладает большим капиллярным потенциалом, всегда заполнены водой. Вода удерживается в этих порах настолько сильно, что изменяется его плотность. Ткип этой воды достигает 130 С. Эти поры не способны пропускать жидкости игазы, они не опасны для цементного камня. Часть пространства не заполненная продуктами твердения образует капиллярные зоны, размер которых может доходить до 10-1 _10-2. Эти поры способны пропускать жидкости и газы и являются вредными для цементного камня. Кроме этого при твердении цемениа образуются усадочные или контракционные поры, размер которых близок к размеру капиллярных пор.
3CaO*SiO2+H2O=3CaO*2SiO2*3H2O.
Причиной контракции является уменьшение объема воды находящейся в гелевых порах за счет более высокой плотности. Объем контракции при твердении цемента может достигать 3-8%. Контракция является вредным явлением к усадке цементного раствора при твердении в межколонном пространстве.
Если раствор твердеет в открытом стволе то образуется вакуум. Вакуум может компенсироваться пластовым флюидом который всасывается внутрь цементного камня для полной гидратации цемента необходимо 40% воды от веса цемента. В/ц=0,4, причем только 60% этой воды идет на химическую реакцию, оставшаяся вода идет на заполнение гелевых пор. Самым лучшим способом снижения капиллярной пористости цементного камня явл-ся уменьшение В/Ц. Однако снижение В/Ц идет к ухудшению видоразмера, повышения вязкости, сокращения прокачиваемости, росту гидравлического сопротивления и тд.
2ой способ. повышение степени гидратации ускорения твердого цемента.
3й способ.оптимизация структуры порового пространства. Суть идеи: за счет использования различных технологических приемов (перемешивание, кондиционирование), добиться более равномерного распредеоения пор по объему цементного камня, и перевести открытую пористость в закрытую.
15. ВЛИЯНИЕ УДЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА СКОРОСТЬ ТВЕРДЕНИЯ
ЦЕМЕНТА
Процесс твердения м-но разделить на неск-ко этапов: 1) растворение тв. фазы; 2) образование перенасыщ-го р-ра и возник-е новообразованной (продуктов тверд-я); 3) накопление прод-ов тверд-я, возникновение стесненных условий и появление коагуляционной струк-ры; 5) возник-е кристаллизационной струк-ры.
Из всех рассмотренных этапов самой медленной стадией (лимитирующей стадией) яв-ся
(1) |
– |
растворение |
тв.фазы, |
кот-я |
описывается |
уравнением |
|||
|
|
dC |
|
− |
E |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Аррениуса: − |
= kS (C∞ − C ); |
k = k 0 e RT , |
|
|
|
||||
|
|
|
|
||||||
|
|
dt |
|
|
|
|
|
|
|
где k – константа скор-ти раствор-я; S- уд-ая поверх-ть; С∞- раствор-ть прод-ов тверд-я; С
– конц-ция расвор-го цем-та в жид-ти; Е – энергия активации.
С увелич-ем уд-ой поверх-ти ск-ть тверд-я возрастает , потому что большее кол-во цем-та взаимод-ет с водой и большое кол-во цем-та переходит в р-р. Следовательно в нем быстрее накаплив-ся необходимое кол-во прод-ов тверд-я для созд-я коагуляц-ой, а затем кристаллизационной стр-ры.
σ
τ
Данный принцип исп-ся при получении быстротвердеющих цементов, кот-ые имеют уд-ую поверх-ть 4-5 тыс. см2/г по сравнению с 2,5-3,5 тыс. см2/г для обычных цементов. Скомкивавшийся или слежавшийся цем-т отлич-ся замедленным тверд-ем и низкой прочность за счет того, что их уд-ая повех-ть сущест-но уменьш-ся. Суть комкования цемов в процессе хран-я состоит в след-ем: цем-т может представлять в виде совокуп-ти частиц различной формы и размеров, контактир-х м/у собой. При этом в местах контакта образуются капилляры, в кот-х происходит самопроизвольное конденсация влаги из воздуха. Причем чем больше влажность окр.ср., тем в порах большего размера может конденсироваться влага. Конденсир-ая вода вступает в реакцию с цем-ом и образует цемый камень в микрообъемах м/у частицами, склеивая их м/у собой. Т.о. через неск-ко месяцев большая часть цемента м.б. связана в один большой конгломират, кот-ый нельзя испол-ть для цемен-я. Однако в хим-ую реакцию вступает лишь около 2% цем-та, остальная часть цем-та не теряет своих св-в. Поэтому любой технол-ий прием, направленный на повышение уд-ой поверх-ти цем-та будет эффект-ой. Это м.б. методы сухого помола и активации, когда измельчению подвергается сухой ц-т (мельница, дезинтегратор). Могут использ-ся м-ды мокрого помола (перемешивание, фрезерноструйная мельница, струйный активатор).
На уменьшении уд-ой поверх-ти ц. основано действие замедлителей твердения: органич-х
– КМЦ, ПАА, КМЭЦ, СЭЦ, кот-ые адсорбир-ся на поверх-ти ц-та, уменьшая уд-ую поверх-ть; неорганич-ие в-ва, кот-ые после взаимодействия с вещ-вами, находящимися в цем-ом р-ре образуют малорастворимые продукты, осаждаются на поверх-ти зерен ц-та и частично блокирует их (CaSO4,НТФ, ВКК).
16.Свойства ц.камня, раствора и методы определения
Свойства раствора:
1) Плотность тампонажного раствора зависит от состава тв.фазы и относительного водосодержания. Если в состав приготовленного раствора не вводят наполнители, плотность его можно рассчитать:
ρцр = (1(+ В / Ц) )• ρТ • ρ Ж
В/ Ц • ρТ • ρ Ж
2)седиминтационная устойчивостьспособность ц.р-ра сохранять стабильность и не
расслаиваться в состоянии покоя. Этот показатель очень важен потому, что в процессе седиментации в р-ре образуется сквозные каналы преимущественно вертикального направления за счет оседания тв.фазы или промытые восходящим потоком воды. В последствии эти каналы могут служить причиной не герметичности затрубья. Показателем сед.устойчивости яв-ся водоотделение р-ра кот-я должна превышать 7-10 мл. Водоотделение увел-ся с увел-ем зенитного угла. Обычно в наклонных цилиндрах водоотделение в 2-4 раза выше чем в вертикальных
3)водоотдача, уже при не больших перепадах давления ц.р-р за 1-2мин способен отдать всю свободную воду, это означает, что цементы обладают очень плохой водоудерживающей способностью поэтому при использовании прибора ВМ-6 у ц.р-ов
определяют условную водоотдачу кот-я получается интерполяцией графика на 30минутный интервал. Она состовляет 300-600см3/30мин.Водоотдача зависит от перепада давления.В некоторых случаях для оценки водоотдачи используют скорость водоотдачи или время за кот-е из рас-ра отфильтруется половина воды взятой при затворении.
4)реология ц.р-ра, необходимо для проведения гидравлических расчетов ц-ния. Обычно р-ры можно описать моделью Шведова-Бингама:
Сумен-ем в/ц вязкость возрастает.С увеличением удельной поверхности вязкость возрастает незначительно. С увеличением температуры вязкость незначительно уменьшается, .
Оценку возможности применения ц.р-ров можно осуществить по прокачиваемости раствора кот-я определяется с помощью консистометра.
5)сроки схватыванияопределяется с помощью иглы Вика (игла не доходит до
основания 1мм и более - начало схватывания, не входит 1мм-конец)
ГОСТ Тсхнач>1ч40мин
Тсхкон>10ч
Свойства ц.камня:
1)Прочность-ц.камень как правило хуже работает на растяжения и изгиб, чем на сжатие. Прочность камня определяется на образцах 4*4*16мм или 2*2*10мм по схеме трехточечного нагружения.
2)Проницаемость- в процессе гидратации ц. радиус пор уменьшается от долей мм до единиц и даже сотых долей мкм. По крупным каналам ж. может протекать из одного пласта в другой или в атмосферу.Проникновение агрессивной пластовой ж. внутрь камня способствует интенсификации его коррозии поэтому важно контролировать проницаемость ц.камня и регулировать ее.
3)Объемные изменения
Большинство используемых цементов при твердении дают усадку, причиной кот-й явся контракция.
17.Регулирование плотности тампонажных растворов
Плотность тампонажного раствора зависит от состава тв.фазы и относительного водосодержания. Если в состав приготовляемого р-ра не вводят газонаполненные гранулы (перлит и т.п.) и р-р не аэрируют, плотность его можно рассчитать:
Действие |
Управляемый фактор |
изменение |
Предел изменения |
|
|
|
|
Увеличение |
Плотн. тв.фазы |
Увел-ся |
3100-4000 кг/м3 |
плотности |
Плотность ж. затворения |
Увел-ся |
1000-1300 |
ц.р-ра |
в/ц |
Умен-ся |
0,5-0,3 |
Уменьшение |
Плотность тв.фазы |
Умен-ся |
3100-2000 |
плотности ц.р-ра |
Плотность ж. затворения |
_ |
_ |
|
|
|
|
|
в/ц |
Увел-ся |
0,5-1,2 |
ρцр = (1(+ В / Ц) )• ρТ • ρ Ж
В/ Ц • ρТ • ρ Ж
ρТ - плотность твердой фазы
ρЖ - плотность жидкости затворения
В/Ц- водоцементное отношение
18.Регулирование фильтрационных свойств тампонажных растворов
Основной характеристикой фильтрационных св-в тампонажного р-ра является водоотдача. Уже при небольшом перепаде давления цементный раствор за 1-2 минуты способен отдать всю свободную воду, это означает что ц.р-р обладает очень плохой водоудерживающей способностью, поэтому при испытании прибора ВМ-6 у ц.р-ров определяет условную водоотдачу, кот-я определяется интерполяцией графика на 30-минутный интервал. Условная водоотдача состовляет 300-600см3/30мин.
Водоотдача зависит от перепада Р. В некоторых случаях для оценки водоотдачи используют скорость водоотдачи или время, за кот-е из раствора отфильтровывает половина воды взятой при затворении.
Критерием для установления предельно-допустимой фильтрации ц.р-ра могут служить 3 основных положения: сохранение прокачиваемости р-ра в течении всего процесса цем-ния, обеспечение седиментационной устойчивости и влияние проникновения фильтрата р-ром на изменение коллекторских свойств прод.пласта.
Относительная фильтрация тамп.р-ров в пределах 15-20%. Снижение фильтрации обеспечивается за счет снижения водоотдачи. Водоотдачу можно уменьшить изменяя следующие показатели:
1)увел-ть удельную поверхность
2)увел-ние вязкости ж. затворения, это достигается вводом высокомолекулярных добавок загущающих ж. фазу.
3)связывание свободной воды достигается добавлением полимеров, высокодисперсных добавок (глинопорошок), добавки, структурирующие ж. затворения (мел,CaCO3).
4)кальматация фильтрационной корки, образующаяся на проницаемых стенках скв. в начальный момент отфильтровывания воды.
Умен-ть водоотдачу можно путем ускоренного формирования в них коллоидной структуры, диспергированием частиц тв.фазы и развитием вокруг них гидратных оболочек. Эффективный понизитель водоотдачикарбосульфат, соли виннокаменной кислоты, лигносульфаты, КМЦ, полиакриламид, гипан, модифицированный метилцеллюлоза, добавление к ц. от 2 до 6% высококачественного бентонита от 0,1 до 2% высокомолекулярных органических полимеров.
Добавляют также производные винилового спирта (порошок ПВС-ТР). Порошок при взаимодействии с водой образует глобулы кот-е при фильтрации увлекаются потоками воды
изабивают фильтр, при уменьшении водоотдачи седиментационная устойчивость не улучшается. Поступление фильтрата в пласт можно умен-ть с помощью управляемой кальматации перед спуском ОК во время проработки ствола скв.