Обоснование способа контроля качества цементирования - Проект крепления скважины

Направление

Цементирование шахтового направления необходимо осуществлять тампонажным раствором нормальной плотности ( = 1850-1830 кг/м3) на базе портландцемента ПЦТ-І-50, затворенного на растворе хлористого натрия 3%- ной концентрации.

Кондуктор

Цементирование кондуктора осуществлять в один прием порцией тампонажного раствора на базе портландцемента ПТЦ-І-50, раствор плотностью 1800-1820 кг/м3, затворяемые на 3%-ном растворе хлористого натрия. Объем нижней порции раствора должен выбираться из расчета подъема от башмака приблизительно на 200 м.

Промежуточная колонна

Промежуточная колонна цементируется в один прием порцией тампонажного раствора ПТЦ-І-50 затворяемые на 3%-ном растворе хлористого натрия, раствором плотностью 1840 кг/м3.

Эксплуатационная колонна

Исходя из выше указанного расчета можем сказать, что эксплуатационная колонна цементируется в один прием двумя порциями тампонажного раствора. Верхняя порция - облегченный раствор плотностью 1540 кг/м3 На базе портландцемента G. Нижняя - раствор плотностью 1900 кг/м3 На базе портландцемента ПЦТ-I-50.

Добавки используемые при цементировании

Замедлители схватывания.

В качестве замедлителей схватывания при цементировании скважин используют в основном гидрофильные ПАВ, которые адсорбируются на частицах вяжущего и образуют пленки, которые затрудняют проникновение воды внутрь частиц и тем самым замедляют их гидратацию. К числу наиболее эффективных замедлителей схватывания относятся карбосульфат, технический винный камень (при температурах до 200°С), виннокаменная кислота и ее производные (до 170°С), трилон Б (до 160°С), лигносульфонаты кальция (ССБ, КССБ, окзил и др.), сунил, карбоксиметилцеллюлоза КМЦ (до 140--150°С), синтан ПЛ, полифенол лесохимический ПФЛХ, нитролигнин (до 100°С), борная кислота (до 120°С), смесь борной и виннокаменной кислот (до 200°С), а также смеси гипана, КМЦ или ССБ с хроматами калия или натрия (до 150°С) и др. Некоторые из этих реагентов (ССБ, КССБ, ПФЛХ) вызывают вспенивание раствора, поэтому вместе с ними в раствор добавляют пеногасители: соапстоки, контакты (черный, НЧК, газойлевый), костный жир, флотомасло, кальциевый мылонафт, полиметилсилоксановую жидкость ПМС или др. Эти пеногасители, кроме ПМС, предварительно растворяют в керосине или дизельном топливе, после чего вводят в цементный раствор. ПМС растворяют непосредственно в воде, на которой приготовляют тампонажный раствор.

Понизители водоотдачи.

Уменьшить водоотдачу тампонажных растворов можно путем ускоренного формирования в них коллоидной структуры, диспергированием частиц твердой фазы и развитием вокруг них гидратных оболочек, а также путем кольматации пор в корке, образующейся на проницаемых стенках скважины в начальный момент отфильтровывания свободной воды. Для регулирования водоотдачи широко практикуют добавление к цементу небольшого количества (2 -- 6%) высококачественного бентонита и органических высокомолекулярных полимеров (от 0,1 до 2% в зависимости от свойств полимера). К числу эффективных понизителей водоотдачи можно отнести карбосульфат (до 200°С), соли виннокаменной кислоты (до 180°С), лигносульфонаты, борную кислоту, КМЦ (до 130-150°С), полиакриламид, гипан, этансульфонатцеллюлозу, поливиниловый спирт (до 100-130°С) и другие вещества. Эффективность снижения водоотдачи производными полиакриловой кислоты (ПАА, К-4, гипан) повышается при одновременном добавлении к раствору борной или виннокаменной кислот, кальцинированной соды и некоторых других реагентов, препятствующих быстрой коагуляции основного понизителя водоотдачи.

Пластификаторы.

Пластификаторами обычно называют вещества, существенно уменьшающие динамическое напряжение сдвига, а иногда также пластическую вязкость, и, следовательно, улучшающие подвижность тампонажных растворов. Хорошее пластифицирующее воздействие оказывают такие ПАВ, как полиакриламид ПАА, виннокаменная кислота и ее производные (до 180--200°С), лигносульфонаты, гипан с хромпиком до (150°С), нитролигнин, дубители (ГИФ-1, Д-4, Д-12 и др.). ПАВ добавляют обычно в количестве от 0,1 до 1,5% от массы цемента в зависимости от температуры. Следует заметить, что характер влияния ПАВ довольно сложный; некоторые из них при определенных концентрациях могут не только не разжижать, но даже загущать тампонажные растворы.

Замедлитель (КМЦ-карбоксиметилцеллюлоза) 1% от массы цемента:

Понизитель водоотдачи (КМЦ-карбоксиметилцеллюлоза) 1,5% от массы цемента:

Пластификатор (полиакриламид ПАА) 1,5% от массы цемента:

Суммарная масса добавок :

Расчет цементирования эксплуатационной колонны

1. Возьмем в качестве буферной жидкости жидкость с плотностью 1020 кг/м3. Находим по верхний предел высоты столба ее в заколонном пространстве:

Где - наибольший коэффициент аномальности; - глубина горизонта с таким коэффициентом - скорость перемещения колонны перед посадкой в клиновой захват.

Минимальная высота столба буферной жидкости должна быть не более 150 - 200 м. Принимаем LБ = 163 м.

2. Найдем потребный объем цементного раствора нормальной плотности:

Потребный объем облегченного цементного раствора:

Потребный объем продавочной жидкости:

Потребный объем буферной жидкости:

Определим расход материалов для приготовления цементного раствора:

- водоцементное отношение:

    - необходимое количество цемента для приготовления 1 м3 раствора плотностью 1900 кг/м3: - необходимое количество цемента для приготовления 1 м3 раствора плотностью 1540 кг/м3:

- общий расход цементного порошка для приготовления 29,7 м3 раствора нормальной плотности:

- коэффициент учитывающий потери сухой твердой фазы при загрузке смесительных машин. = 1,05.

4. Необходимый количество добавок Замедлитель 1% от массы цемента

Понизитель водоотдачи 1,5% от массы цемента

Пластификатор 1,5% от массы цемента

Суммарная масса добавок :

- общий расход цементного порошка для приготовления 25,9 м3 облегченного раствора:

- необходимый количество добавок

Замедлитель 1% от массы цемента:

- потребный объем воды для приготовления раствора с плотностью 1900 кг/м3:

- потребный объем воды для приготовления раствора с плотностью 1540 кг/м3:

4. Определим необходимое количество смесительных машин УС6-30 для приготовления раствора нормальной плотности:

- емкость бункера одной смесительной машины, ;

- насыпная плотность тампонажного материала, .

Для приготовления облегченного раствора:

Производительность одной смесительной машины для приготовления тампонажного раствора:

- для ценента нормальной плотности

- нагнетательная способность водопадающего насоса смесительной машины, .

- для облегченного цемента плотности 1540 кг/м3:

В гидросмеситель необходимо установить штуцер, диаметр которого:

Скорость струи на выходе из штуцера 51 м/с.

5. Хорошее вытеснение промывочной жидкости цементным раствором можно достичь при турбулентном режиме течения в заколонном пространстве.

Определим значения скорости течения потока в заколонном пространстве для этого определим коэффициенты местных сопротивлений:

- диаметр муфты рассматриваемой колонны, м;

- коэффициент учитывающий увеличение гидравлических сопротивлений в заколонном пространстве за счет муфт на обсадных трубах:

Тогда предельно допустимая скорость восходящего потока промывочной жидкости:

- градиент давления поглощения для слабого пласта.

Определим критическое значение скорости потока:

- число Хендстрема; - пластическая вязкость раствора,; - динамическое напряжение сдвига.

Определим критическое число Рейнольдса по формуле Соловьева:

Критическая скорость потока :

Режим течения в кольцевом пространстве с момента подхода головной порции тампонажного раствора к башмаку обсадной колонны, как правило, должен быть турбулентным. Следовательно, если объем тампонажного раствора больше внутреннего объема обсадной колонны, то закачку этого раствора нужно спланировать так, чтобы с момента приближения головной порции его к башмаку, соблюдались следующие условия:

Исходя из исследуемого условия, при полученных результатах примем

6. Суммарная производительность цементировочных насосов, участвующих одновременно в закачке тампонажного раствора в обсадную колонну:

Если при цементировании не используются осреднительные емкости, то общая подача этих насосов должна быть равна суммарной производительности работающих вместе с ними смесительных машин:

- число смесительных машин, занятых одновременно приготовлением тампонажного раствора.

Число цементировочных насосов, необходимых для закачки тампонажного раствора в случае, если осреднительные емкости не применяются, равно или вдвое больше числа смесительных машин, занятых его приготовлением. Примем.

Исходя из того что максимальный расход при закачке тампонажного раствора выбираем что для закачки облегченного раствора используем 2 цементировочный агрегат.

Подача одного насоса в этом случае:

- подача одного цементировочного насоса при максимальном давлении, которое может возникнуть.

Устанавливаем штуцер, диаметр которого:

7. Построим график цементирования, для этого определим давления в разные этапы цементирования:

Начальный момент закачки:

Определим гидравлические сопротивления в начальный момент закачки:

Конец закачки буферной жидкости:

Определим гидравлические сопротивления в конце закачки буферной жидкости:

Давление в цементировочной головке становится равным нулю:

При закачке облегченного цементного раствора объемом 25,9 м3 давление в цементировочной головке равно нулю.

Момент, когда давление в цементировочной головке начинает расти и становится больше нуля:

При полной закачке цементного раствора нормальной плотности и закачки продавочной жидкости объемом 48 м3 давление в цементировочной головке равно нулю. Закачка продавочной жидкости. Закачиваем в скважину до 49,5 м3 продавочной жидкости при

Определим гидравлические сопротивления:

Последний этап закачки продавочной жидкости. Закачиваем в скважину 1,5 м3 продавочной жидкости при

Определим гидравлические сопротивления:

Похожие статьи




Обоснование способа контроля качества цементирования - Проект крепления скважины

Предыдущая | Следующая