технология бурения 2

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

утяжеленных или облегченных тампонажных растворов применяют утяжеляющие или облегчающие добавки в количестве 15–40 % от массы сухой тампонажной смеси. Утяжеленные тампонажные растворы имеют В/Ц (В/Т) = (0,30–0,45), а облегченные 0,7–1,2. При расчетах по уравнению

(13.55) значение ρтв должно учитывать плотность добавок, использованных для регулирования плотности получаемого тампонажного раствора.

Количество материалов для приготовления 1 м3 тампонажного раствора с облегчающими или утяжеляющими добавками можно рассчитать, пользуясь следующей системой уравнений:

qc (1+ В/Т) = ρцр

где qc, q, qд – соответственно, общее количество тампонажного материала и отдельно цемента и добавки;

а – доля добавки в тампонажной смеси;

ρц, ρд – плотность цемента и добавки; В/Т – водотвердое отношение.

Массовая доля облегчающей или утяжеляющей добавки задается из соображений обеспечения седиментационной устойчивости или прокачиваемости тампонажного раствора и определяется обычно по данным лабораторных испытаний. При использовании в качестве облегчающей добавки глинопорошка его доля в сухой тампонажной смеси не должна превышать 15–20 %. В противном случае резко снижаются прочностные характеристики камня и его коррозионная стойкость. Следует иметь в виду, что глина как облегчающая добавка к цементам является наихудшей из всех традиционно применяемых материалов.

Общая масса тампонажного материала для приготовления тампонажных растворов:

где Кт = 1,03–1,06 – коэффициент, учитывающий потери цемента при транспортировке и затворении.

Вид тампонажного материала зависит от температуры в скважине, агрессивности пластовых флюидов и выбирается на основе экспериментальных данных.

Количество жидкости для затворения каждого из тампонажных растворов определится из выражения:

где Kв = 1,08–1,20 – коэффициент, учитывающий потери воды.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Количество химических реагентов, используемых при цементировании для регулирования свойств тампонажных растворов (тампонажного камня), рассчитывается в процентах по отношению к массе сухого тампонажного материала. Как правило, для этого используют результаты лабораторных исследований.

Необходимый объем продавочной жидкости будет равен объему манифольда и внутреннему объему обсадной колонны без цементного стакана.

где Vман. – объем манифольда – трубопроводов, связывающих цементировочные агрегаты с цементировочной головкой, м3. Для практических рас-

четов Vман. ≈ 0,5 м3;

– коэффициент, учитывающий сжимаемость продавочной жидкости

(принимается 1,02–1,04);

Vобс. кол. – внутренний объем обсадной колонны.

13.8.3. Обоснование технологических параметров процесса закачивания тампонажного раствора

Определяется число смесительных машин для каждого вида тампонажного материала (псм):

где тнас – насыпная масса сухой тампонажной смеси, кг/м3; Vбунк – емкость бункера смесительной машины, м3.

Следует помнить, что смесительные машины (2СМН-20, АС-20) имеют транспортную грузоподъемность 8–10 т, тогда как в стационарных условиях их грузоподъемность может составлять 20 т. Это необходимо учитывать при определении числа смесительных машин и планировать, при необходимости, привлечение цементовозов для доставки цемента на буровую.

Тип цементировочного агрегата зависит от выбранных смесительных машин. Например, цементировочные агрегаты ЦА-400 не имеют водяного насоса, поэтому их следует использовать с машинами АС-20, имеющими такой насос. В комплекте цементировочных агрегатов ЦА-320 имеется водяной насос для подачи воды в смеситель при затворении тампонажного раствора и эти агрегаты можно использовать в паре со смесителем 2СМН20. Характеристики цементировочных и насосных агрегатов приведены в справочной литературе.

Количество цементировочных агрегатов (ЦА), работающих совместно с конкретной цементосмесительной машиной, определяется производительностью смесителя по тампонажному раствору и суммарной производительностью насосов высокого давления у ЦА, производящих закачивание приготовленного раствора в скважину. Эти производительности

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

должны соответствовать друг другу. Производительность смесителя по тампонажному раствору зависит от производительности водяного насоса Qвн и состава тампонажного раствора:

Примерные производительности смесительных машин показаны в таблице

13.21.

Из таблицы 13.21, например, следует, что при Qв = 13 л/с с каждой смесительной машиной должны работать не менее двух ЦА-320

(максимальная производительность ЦА-320 при втулках 125 мм равна

14 л/с).

Таблица 13.21

Производительность смесительных машин по тампонажному раствору, л/с

Следует также учитывать, что в процессе цементирования возможны поломки ЦА, поэтому во избежание перерывов в работе при цементировании глубоких скважин стремятся с каждой смесительной машиной обвязывать два ЦА.

Общее количество ЦА зависит от графика работы смесителей. При параллельной (одновременной) работе смесителей в приготовлении и закачивании тампонажного раствора участвуют все ЦА. Естественно, что параллельно могут работать смесители, загруженныеодним тампонажнымматериалом.

При последовательной работе смесителей цементировочные агрегаты, затворившие цемент из первого смесителя, во время работы второго смесителя могут подсоединиться к третьему смесителю и участвовать в его работе. Последовательная работа смесителей позволяет сократить количество цементировочных агрегатов, но увеличивает продолжительность цементирования скважины. Вследствие этого, а также из-за сложностей с обвязкой ЦА с двумя смесителями, она применяется редко, только при недостатке агрегатов.

При планировании операции цементирования необходимо определить количество тампонажных материалов по видам загружаемого в каждую цементосмесительную машину, объемы воды, находящиеся в мерных емкостях цементировочных агрегатов, количество химических реагентов, добавляемых в жидкость для каждого вида тампонажного материала. Важно определить схему подачи продавочной жидкости к агрегатам, участвующим в процессе продавки.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

где l j т – длина столба i -той жидкости в обсадной колонне, м. Для пробкового режима движения:

где τ оi – динамическое напряжение сдвига i- ой жидкости в обсадной ко-

лонне, Па;

βi – коэффициент для i -ой жидкости, находящейся в обсадной колонне, и зависящий от критерия Сен - Венана – Ильюшина:

где ηi − эффективная вязкость i-ой жидкости, находящейся в обсадной ко-

лонне, Па.с.

Гидравлический расчет цементирования позволяет на момент времени, соответствующий любому объему закачанных жидкостей, определить давление на цементировочной головке (цементировочных агрегатах), на забое, а также против «слабого» пласта. Сопоставляя результаты расчетов с допустимыми давлениями, развиваемыми насосами цементировочных агрегатов [Рнас] и давлениями начала поглощения «слабого» пласта, рассчитывают моменты изменения режимов продавливания – перехода на меньшую подачу насосов ЦА или изменения количества ЦА, участвующих в продавке.

Полученные выводы обобщаются, и окончательно устанавливаются режимно - технологические параметры процесса закачки и продавливания цементного раствора.

В соответствии с рассчитанными режимами работы цементировочной техники определяется планируемое время цементирования:

где Viтр – объем тампонажного раствора, закачанного в скважину при расходе Qi;

Viпр.ж – то же для продавочной жидкости;

Qб.ж. – расход при закачке буферной жидкости; Vб.ж. – объем буферной жидкости.

Оно не должно превышать 75 % от времени прокачиваемости тампонажного раствора.

В случае ступенчатого цементирования расчет процесса цементирования производится аналогично, но отдельно для каждой ступени.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

13.9. Предупреждение и профилактика осложнений и аварий при креплении скважин

13.9.1. Аварии с обсадными колоннами

Поскольку обсадные трубы подвержены действию избыточных давлений и растягивающих нагрузок, то и возникновение аварийных ситуаций, чаще всего, связывается именно с этими напряжениями.

Аварии от избыточного внутреннего давления могут возникать при продавливании цементного раствора, при опрессовке обсадных колонн, при проведении гидроразрыва, проведении ремонтных работ, из-за нагрева продавочной жидкости в результате выделения тепла цемента в период ОЗЦ, при ликвидации нефтегазопроявлений и т.д. Данный вид аварий более характерен для эксплуатационных колонн и значительно реже происходит с другими колоннами.

Основными причинами их возникновения являются:

–заводской брак;

–неправильный расчет и неправильный выбор типоразмеров обсадных колонн.

Профилактическими мерами должны быть:

−проведение опрессовки обсадных труб;

−наличие соответствующей квалификации исполнителей;

−контроль давления на цементирующей головке при ОЗЦ.

Аварии от действия наружного избыточного давления чаще встреча-

ются с промежуточными колоннами и реже с эксплуатационными. Характерным признаком данного вида аварий является:

−смятие обсадных колонн пластичными солями или глинами;

−смятие обсадных колонн при обратном промерзании многолетнемерзлых пород;

−смятие обсадных колонн при их спуске в скважину; Проблема устойчивости обсадных колонн является актуальной зада-

чей и обусловлена односторонним течением пластичных солей в крыльях солевых куполов (штоков). Как правило, при бурении скважин в солях образуются каверны, при цементировании которых не всегда удается обеспечить полное замещение бурового раствора тампонажным. Поскольку части обсадной колонны, находящиеся выше и ниже соляного пласта, закреплены цементным камнем, то одностороннее течение соли и давлении соляного массива может привести к потере трубами цилиндрической формы, т.е. возможен переход из цилиндрической формы труб в овальную форму. Следствием этого является резкое снижение сопротивляемости труб наружному избыточному давлению, сопровождающееся смятием труб.

Поэтому повышение качества цементирования, в интервалах пластичных пород, для того, чтобы исключить перемещение обсадных колонн в интервалах каверн, является важнейшим профилактическим мероприятием.