CC BY
40
На рис. 2 приведено сопоставление Л"„ор с Кпрсн, определенное по построенным моделям, из которого видно, что полностью нелинейность устранить не удалось, но вариации значений стали значительно ниже (г=0,96, (Р >1,)-
Таким образом, можно сделать вывод о том, что при определении Кпр0„ кроме использования средней величины К„„ р необходимо привлекать дополнительные показатели.
Получено 11.12.2000
УДК 622.245.122
Г. М. Толкачев, А. М. Шилов, А. С. Козлов, В. П. Болотов Пермский государственный технический университет
РАСШИРЯЮЩИЙСЯ ТАМПОНАЖНЫН МАТЕРИАЛ ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ КОНДУКТОРОВ В СКВАЖИНАХ НА ТЕРРИТОРИИ ВКМКС
Для повышения качества крепления кондукторов в скважинах на территории ВКМКС разработан состав рзсширяющсгося тампонажного материма. По результатам испытании успешность работ составила 100%.
В настоящее время из недр территории Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей (ВКМКС) ведется добыча солей и нефти, залегающей в подсолевых отложениях.
Разработка каменной и калийно-магниевых солей ведется подземным способом. Добыча ископаемых солей таким способом связана с потенциальной опасностью проникновения флюидов из надсолевого водоносного комплекса к разрабатываемой толще солей по горны,м выработкам, сообщающим соляной массив с дневной поверхностью. Это, в свою очередь, может привести к безвозвратной потере части запасов калийно-магниевых солей или даже затоплению и гибели рудника [1].
К таким горным выработкам относятся и скважины различного назначения. При строительстве нефтяных скважин на территории ВКМКС вскрываются надсолевые отложения, характеризующиеся наличием вод различного состава и степени минерализации, безводная часть разреза (соляная толща, глинисто-доломитоангидритовая пачка) и подсолевые отложения с наличием высокоминерализованных вод. Воды над- и подсолевых комплексов являются напорными по отношению к солесодержащей части разреза.
Очевидно, что каждая пробуренная на территории ВКМКС глубокая скважина является потенциальным каналом для поступления флюидов из над- и подсолевого водоносных комплексов в солесодержащую часть разреза, увеличивая тем самым риск потери балансовых запасов калийно-магниевых солей.
По ряду причин различного характера и для обеспечения защиты соляной толщи от негативного воздействия вод над- и подсолевого водоносных комплексов вскрытый разрез перекрывается в каждой скважине четырьмя обсадными колоннами, которые в свою очередь цементируются до устья [2]:
- направлением - для перекрытия неустойчивых пород верхней части разреза (цементируется тампонажным раствором на основе портландцемента Г1ЦТ с добавлением реагента ускорителя сроков схватывания);
- кондуктором - для разобщения и изоляции верхних водоносных горизонтов с установкой башмака в безводной части разреза в первом пропластке каменной соли для первой скважины в кусте (цементируется магнезиальным тампонажным материалом МФТМ или РМФТМ) и на 5 метров выше его для последующих в кусте (цементируется тампонажным раствором на основе портландцемента ШДТ с добавлением реагента ускорителя сроков схватывании);
- технической колонной - для перекрытия безводной части разреза (соляной массив, глинисто-доломитоангидритовая толща) с установкой башмака в кровле филипповского горизонта (цементируется расширяющимся магнезиальным тампонажным материалом РМФТМ);
- эксплуатационной колонной изолируется нижняя часть разреза (цементируется тампонажным раствором на основе портландцемента ПЦТ с добавлением реагента ускорителя сроков схватывания).
При оценке по действующему нормативному документу [3] качества работ по креплению обсадных колонн в ранее пробуренных на территории ВКМКС скважинах особую обеспокоенность вызывает недостаточная надежность защиты соляной толщи и обсадных труб от негативного воздействия вод надсодевого водоносного комплекса.
Согласно [3] для оценки качества защиты соляной толщи и обсадных труб от вод надсолевого водоносного комплекса рассматривается интервал от кровли продуктивной соляной толщи (каяийно-магкиевые соли КМС) до глубины на 80 метров выше башмака кондуктора. Этот интервал состоит из двух частей:
1) интервал крепи за кондуктором от башмака кондуктора до глубины на 80 метров выше его;
2) интервал крепи за технической колонной от кровли КМС до башмака кондуктора.
Анализом результатов крепления обсадных колонн в этих интервалах выявлено, что в скважинах, где качество защиты соляной толщи от вод надсолевого водоносного комплекса оценено как неудовлетворительное, в большинстве случаев доля плотного контакта тампонажного камня ПЦТМ с породой и кондуктором близка к нулю, а доля плотного контакта его с технической колонной и породой близка к единице (таблица). То есть при использовании для цементирования кондукторов тампонажного материала на основе «чистого» ПЦТ основной причиной неудовлетворительной защиты соляной толщи от верхних вод является низкое качество цементирования
скважин в интервале от башмака кондуктора до глубины на 80 метров выше его.
Известно, что одним из способов повышения качества цементирования обсадных колонн является применение расширяющихся тампонажных материалов. Отсутствие таких материалов в арсен.-'пе широкой практики использования ПЦТ в качестве основы тампонажных составов потребовало восполнить этот пробел и разработать рецептуру расширяющегося тампонажного материала, который в дальнейшем получил название «расширяющийся портландцементный тампонажный материал (РПЦТМ)».
Особенностью РПЦТМ является то, что увеличение объема тампонажного материала происходит с момента его затворения до времени набора цемен тным камнем достаточно высокой прочности. Это достигается введением в тампонажный портландцемент расширяющей добавки, состоящей из двух компонентов, действие которых основано на разных принципах и происходит в разное время.
Компонент № 1 придает расширение цементному камню в начальный период его формирования (до начата схватывания).
Компонент № 2 обеспечивает увеличение объема цементного камня от момента начата схватывания тампонажного раствора, вызывая внутренние напряжения в цементном камне, формирующемся в стесненных условиях.
Сведения о качестве защиты соляной толщи и обсадных труб в составе крепи скважин от надсолевого водоносного комплекса
3 о я ь ^ Р 1 ь ^ я = я о ™ « £ ^ Ь Ь Длина контролируемого интервала, м Длина интервала плотного контакта цементного камня с колонной и породой в контролируемом интервале, м £3 О Я М
V Я С о 3 £ ° ¡Д ^ о в том числе о в том числе си
о и V -У за кондуктором 1 -ц > КЧШОИ о за кондуктором за тех «элонной
519-У 1995 пцтм 99 80 ; 14 13 19 неуд.
860-Ю 1995 гщтм 105 80 п ^ 1- - 25 неуд.
153-С 1996 пцтм 102 80 М > 22 неуд.
718-Ю 1996 пцтм 102 80 11 18 - 18 неуд.
507-У 1997 пцтм 103 80 23 33 10 23 неуд.
867-У 1997 пцтм 106 80 26 31 7 24 неуд.
302-С 1998 пцтм 105 80 25 25 - 25 неуд.
346-С 1999 пцтм 108 80 28 36 8 28 неуд.
552-С 1999 пцтм 119 80 39 27 - 27 неуд. ■
360-У 1997 РПЦТМ 111 80 31 97 66 31 хор.
289-У 1997 РПЦТМ 149 80 69 120 70 50 хор.
331-У 1997 РПЦТМ 107 80 27 84 57 27 хор.
зоз-с ¡997 РПЦТМ 125 80 45 71 42 29 удов.
306-С 1997 РПЦТМ 124 80 44 112 73 39 хор.
301-С 1998 РПЦТМ 119 80 39 63 39 24 удов.
894-Ю 1998 РПЦТМ 137 80 57 95 38 57 хор.
610-С !999 РПЦТМ 125 80 45 111 67 44 хор.
369-У 1999 РПЦТМ 132 80 52 118 71 47 хор.
315-С 1999 РПЦТМ 111 80 3\ 91 60 31 хор.
884-10 1999 РПЦТМ 141 80 61 106 45 61 хор.
324-С 1999 РПЦТМ 121 80 41 111 74 37 хор.
310-С 1999 РПЦТМ 117 80 37 117 80 37 хор.
726-Ю 1999 РПЦТМ 137 80 57 99 42 57 хор.
Сравнительная оценка свойств тампонажного раствора-камня РПЦТМ и ПЦТМ свидетельствует о том, что:
а) цементный раствор РПЦТМ характеризуется:
- пониженным водоотделением (в большинстве случаев нулевым), тогда как цементный раствор из исходного ПЦТ имел запредельное значение по водоотделению цементного теста по ГОСТ 1581-96;
- более короткими сроками схватывания и загустевания, но достаточными для того, чтобы приготовить и разместить его в заколонном пространстве в технологически необходимые сроки;
- плавным ростом пластической прочности;
б) цементный камень РПЦТМ характеризуется:
- увеличением объема тампонажного камня без его разрушения:
- высоким значением сцепления с внешней огибающей поверхностью (до 2,0 МПа);
- меньшей (до 15 % на изгиб и до 25 % на сжатие) прочностью цементного камня;
- аналогичной цементному камню ПЦТМ коррозионной устойчивостью в воздушной и водной среде.
С использованием РПЦТМ в период с 1997 по 1999 г. при соблюдении установленных технологических регламентов были зацементированы кондукторы в 14 скважинах, пробуренных на территории ВКМКС.
Приготовление сухой смеси РПЦТМ велось непосредственно на буровых путем порционного ввода компонентов в бункеры цементосмесительных машин 2СМН-20 с последующим 2-3-кратным перегариваняем из одного бункера в другой. В итоге получалась однородная смесь, что подтверждено лабораторными исследованиями отобранных случайных проб. Приготовление и контроль технологических параметров тампонажного раствора РПЦТМ производились традиционным способом. По результатам выполненных цементировочных работ с использованием РПЦТМ установлено существенное повышение надежности и качества цементирования кондукторов (см. таблицу).
Из таблицы видно, что качество защиты соляной толщи от вод надсолевого водоносного комплекса значительно выше в скважинах, где кондукторы закреплены РПЦТМ, чем в скважинах, где кондукторы зацементированы портландцементным тампонажным материалом. В 12 скважинах из 14 качество защиты соляной толщи от нсдсолевого водоносного комплекса оценено на «хорошо» (высший балл) и в двух «удовлетворительно».
РПЦТМ рекомендуется использовать для цементирования кондукторов в нефтяных скважинах на территории ВКМКС.
Библиографический список
!. Шиман М.И. Предотвращение затопления калийных рудников. М.: Недра, 1992.
2. Инструкция по безопасному проведению работ по поискам, разведке и разработке залежей нефти на территории Верхнекамского месторождения калийных солей. (Утв. Госгортехнадзором России 25.03.98 г.). Пермь, 1998.
3. Критерии качества крепи нефтяных скважин для оценки надежности и долговечности защиты соляной толщи и обсадных труб от негативного воздействия вод над- и подсолевого водоносных комплексов и техногенных процессов, обусловленных ведением горных работ по добыче калийных солей и нефти на территории ВКМКС. (Утв. ЗУО Госгортехнадзором России 27.05.99 г.). Пермь, 1999.
Получено 08.11.2000
УДК 622.245.422
I .M. Толкачев, A.M. Шилов, А. С. Козлов, В. П. Болотов Пермский государственный технический университет
РАСШИРЯЮЩИЙСЯ ИЗВЕСТНЯКОВО-МАГНЕЗИАЛЬНЫЙ ТАМПОНАЖНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ КОЛОНН В СКВАЖИНАХ НА ТЕРРИТОРИИ ВКМКС
Для крепления технических колонн в скважинах на территории ВКМКС разработан состав магнезиального тампонажного материала с улучшенными физико-механическими свойствами цементного раствора и камня, позволяющий повысить качество и снизить себестоимость строительства скважин.
Защита соляной толщи от негативного воздействия вод над- и подсолевого водоносных комплексов в скважинах, пробуренных на территории
