CC BY
21
SCIENCE TIME
I
ПРОМЫВОЧНЫЕ ТАМПОНАЖНЫЕ РАСТВОРЫ
Бестова Сауле Есентаевна, Астраханский государственный технический университет, г. Астрахань
E-mail: saule-2503@mail.ru
Аннотация. В процессе бурения применяются специальные растворы для вымывания шлама и продуктов разработки местной породы. Эта операция необходима для повышения эффективности механического воздействия буровой установки и расчистки забоя. Вымывание производится с помощью тампонажных растворов, которые готовятся по специальным технологиям.
Ключевые слова: промывочная жидкость, буровой раствор, тампонажные растворы.
Тампонажный промывочный раствор применяется в бурении для достижения увеличения срока функциональной пригодности скважины, наряду с технологическим процессом разобщения пластов обсадными колоннами.
По мере увеличения глубины скважины требуется проводить цикл работ по укреплению стволового пути, включающий спуск обсадной колонны и тампонаж затрубного сектора. Так как в качестве тампонажного промывочного раствора обычно применяются рабочие жидкости, содержащие цемент, этот технологический прием получил еще одно название «цементирование скважины». Для дальнейшей успешной эксплуатации скважины процесс укрепления стенок цементированием и, в частности, качество образующегося цементного камня, играет первостепенную роль. Состав тампонажных промывочных растворов должен обеспечить:
- безпустотное, сплошное заполнение зоны между обсадной колонной и стволовыми стенками забоя;
- расчетную величину адгезии как со стенками обсадных труб, так и со стволовой поверхностью скважины;
1 SCIENCE TIME 1
- изоляцию и разобщение продуктивных и проницаемых пластов;
- защиту затрубного пространства от проникновения нефти и (или) газонефтяной смеси под воздействием избыточного пластового давления;
- укрепление обсадной колонны в толще разрабатываемой породы;
- антикоррозийную протекцию металлических частей обсадной колонны от окислительного разрушения межпластовыми водами;
- частичную разгрузку буровой колонны от экстернального давления.
Требования к тампонажным материалам для цементирования скважин в
основном определяются геолого-техническими условиями в скважинах. Тампонажный раствор должен оставаться подвижным во время транспортирования в заколонное пространство и сразу же после прекращения процесса затвердеть в безусадочный камень с определёнными физико-механическими свойствами. Зачастую указанные процессы происходят в стволе скважины сложной конфигурации, где температуры и давления изменяются с глубиной. При таких изменяющихся условиях один тип цемента или одна и та же рецептура тампонажного раствора не могут быть одинаково приемлемы. Вместе с тем один тип цемента не может отвечать всем требованиям, связанным с разнообразием условий [1, с. 294].
Ввиду того, что цементный камень не подлежит замене и должен обеспечить надежное функционирование скважины во все время эксплуатации цементирование колонны необходимо выполнять в строгом соответствии с разработанными техническими регламентами, обеспечивая наличие и использование качественных тампонажных реагентов.
Цементирование колонны включает в себя цикл работ по приготовлению промывочного тампонажного раствора и нагнетании его в скважину, в затрубный промежуток. Во время проведения работ ведется постоянный контроль за параметрами промывочного тампонажного раствора и его соответствия технологическим характеристикам. После проведения цементажа скважины, через время, требующееся для затвердевания раствора, проводится исследование качества выполненных работ и, при соответствии цементного камня расчетным технологическим параметрам, процесс цементирования объекта считается законченным.
В качестве цементирующей составляющей промывочных тампонажных растворов используются портландцементы и доменные шлаки.
Портландцемент - это сыпучий материал с вяжущими свойствами, получаемый в результате одновременного размола гипса, клинкера и (или) гранулированных доменных шлаков. При этом количество гипса в полученной смеси регламентируется в пределах 1,5-3,5%. Портландцементные тампонажные смеси обладают способностью затвердевания и превращения в минеральное соединение, характеризующееся повышенной механической прочностью, через
1 SCIENCE TIME 1
некоторое время после разведения компонентов в воде. Цементный камень образуется в результате реакций гидратации и гидролитической диссоциации клинкерных элементов (кальциевых алюминатов, алюмоферритов, силикатов). Таким образом именно минеральный состав клинкера играет главную роль при протекании химических реакций, определяющих скорость затвердевания промывочного тампонажного раствора и финишных функциональных свойствах полученного бетона.
На месторождениях с АВПД (аномально высоким давлением) работы по цементажу скважин производятся многоступенчатым методом, при этом плотность бурового тампонажного раствора увеличивают до максимально возможной величины. Помимо этих технологических приемов, во избежание заколонных нефтегазоводопроявлений, используют седиментационноустойчивые тампонажные компоненты, обеспечивающие ускоренное «схватывание» цементной смеси. В результате обработки стенки скважины успешно противостоят проницаемости пластов.
Для улучшения рабочих характеристик промывочного тампонажного раствора в качестве дополнительно используемых добавок используются:
- хлористый кальций и карбонат натрия. Применяются для сокращения сроков схватывания бетона. Добавление ускорителей в воду или в сухие компоненты позволяет получить БСС (быстросхватывающиеся смеси), которые используются при температуре скважины в пределах до 50-65°С. БСС с расширительными свойствами получают, добавляя к исходному сырью до 1030% гипсоглиноземистого цемента. БСС на основе пуццолановых цементов отличаются низкой плотностью и высоким порогом интенсивности загустевания;
- гипс. Добавление гипса позволяет сократить срок твердения, в результате чего высокопрочный камень получается уже через 3-4 часа после закачки промывочного тампонажного раствора. Чтобы процесс схватывания не начался уже в бурильных трубах, в них специально добавляются замедлители процесса. Гипсо-цементные тампонажные суспезии гораздо более стойки к разбавлению водой, чем обычные цементные и применяются при наличии водяных пропластков;
- бентонит, применение которого увеличивает стартовую подвижность промывочного тампонажного раствора, что оптимизирует работу по закачке, особенно при необходимости применения высокой плотности цементирующего материала. Глиноцементные смеси обеспечивают стабильную вязкость рабочего материала во время продавливания его в зону поглощения, после чего происходит резкое увеличение параметра и наступление периода пластической прочности. Для улучшения характеристик бентонитовых смесей и нивелирования воздействия пластовых вод до начала твердения возможно добавление в раствор натриевого или калиевого силиката, в количестве 3-10% от
1 SCIENCE TIME 1
массы цемента;
- цементно-смолистая композиция (ЦСК) с использованием пластификатора ТЭГ-1 (эпоксидной алифатической смолы). Смола представляет собой вязкую жидкость желтого цвета, способную растворяться в воде. Используется при наличии осложнения скважины в виде близкорасположенных водоносных пластов;
- углеводородные добавки (дизельное топливо, добавляемое в количестве 30%). Соляро-цементные смеси используют при необходимости закачки раствора на большую глубину. Цементная составляющая инертна к углеводородам и раствор приобретает вязкость и пластическую прочность только после замещения дизтоплива водой. Для усиления прочности бетона и снижения материальных затрат допускается введение в массу до 50% кварцевого песка.
Общим недостатком практически всех цементных смесей является низкая коррозионная стойкость полученного цементного камня, усадка его во время дальнейшей эксплуатации и возможность проникновения вод через поры. Выбирая добавки для приготовления тампонажного раствора, необходимо в первую очередь руководствоваться особенностями процессов, происходящих при твердении цемента [2, с. 283].
Комбинированные растворы получаются путем сочетания в тампонажном растворе цементной суспензии и раствора полиакриламида или гипана. Для приготовления комбинированной смеси используются следующая пропорция компонентов:
- % тампонажный цемент;
- % вода в соотношении 60% от массы сухого цемента;
- % хлористый кальций (2,5-5%);
- % полиакриламид (0,15-0,20%).
Из-за высокой вязкости полиакриламид предварительно разводят до концентрации трехпроцентного раствора и вводят в цементную массу непосредственно в буровых трубах, чтобы избежать преждевременного схватывания.
1 SCIENCE TIME 1
Литература:
1. Замятин Н.В., Голованов С.А. Нейросетевая система прогноза свойств тампонажных растворов // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. - 2010. - № 2 (22). - С. 294-299.
2. Богданова Ю.М. Новый подход к управлению свойствами тампонажных растворов // Научно-технический сборник Вести газовой науки. - 2010. - № 1 (4). - С. 282-286.
