Тампонажные растворы и оборудование для их приготовления. Семинар 14

вяжущих материалов, который в соответствии заданными технологическими параметрами (сроки схватывания и твердения) превращается в прочный непроницаемый камень.
применяют для:
упрочнения крепи скважины за счёт создания кольца из тампонажного камня вокруг обсадной колонны;
герметизации заколонного пространства ствола и изоляции друг от друга проницаемых пластов, вскрытых скважиной;
защиты обсадных труб от коррозии агрессивными пластовыми жидкостями и газами и др.

перепадах давления между проницаемыми пластами и скважиной;
постоянно иметь плотный контакт с окружающими горными породами и со стенкой обсадной колонны, герметичность которого не должна нарушаться под влиянием внешних нагрузок;
быть долговечной, не разрушаться под действием пластовых флюидов, изменения температур;
не должна терять герметичность под действием ударных нагрузок при проведении перфорации или иных работ;
в скважинах с ММП быть морозостойкой, не разрушаться под действием циклического изменения температуры.

(погл)

р скв = р гст + р гд

ρЦР = f (свойства материалов, С%)

(НПЛ)- ΔTстат * (HПЛ – z)

По значению геостатической температуры выбирают тип сухого цемента

Циркуляционная (динамическая) температура возникает при циркуляции растворов в скважине, определяется эмпирической зависимостью от геостатической температуры. Характер изменения циркуляционной температуры субъективен для каждого месторождения.

Т циркул. = f (Tстат)

По значению циркуляционной температуры подбирают тип и/или концентрацию добавок, чтобы свойства подобранного раствора подходили к требуемые параметрам

ГОСТ 1581-96)
15-50оС - для низких и нормальных температур, индекс 50
50-100оС – для умеренных температур, индекс 100
100С-150оС – для повышенных температур, индекс 150

Способ цементирования
При значительной разнице между забойной и устьевой температурах желательно применять двухступенчатый способ цементирования
Сроки загустевания:
При низких температурах нужно использовать ускорители, при высоких температурах – замедлители схватывания цементного раствора
Водоотдача раствора:
С увеличением температуры концентрация понизителя водоотдачи повышается
Прочностные характеристики:
При повышенных температурах (более 100°С) нужно использовать кварцевую муку для предотвращения разрушения цементного камня под действием высокой температуры

давление поглощения
Проницаемость пласта
Содержание пластовых флюидов

Технологические
Способ цементирования
Центрирование колонны
Свойства растворов:
Рецептура
Плотность
Реологические свойства
Водоудерживающие свойства

растворами, которая способствует повышению качества цементирования скважин, и облегчает проведение процесса цементирования. При отсутствии буферных жидкостей в результате коагуляции бурового раствора в зоне его смешения с тампонажным наблюдается рост давления в 1,4—1,8 раза, при этом коэффициент вытеснения бурового раствора не превышает 0,4— 0,6.
В мировой практике используются около 100 рецептур буферных жидкостей

на время загустевания цемента;
изменяемые реологические свойства;
низкая водоотдача;
отсутствие расслоения (седиментационная устойчивость), отсутствие свободной воды (отстой);
отсутствие прогрессивного предельного статического напряжения сдвига;
термоустойчивость

аналогичные показатели вытесняемой жидкости или должны приближаться к средним значениям для разобщаемых жидкостей;
при смешении буферной жидкости с буровым раствором не должны повышаться реологические параметры зоны смешения ;
применять комплексные буферные жидкости. Первая их часть должна быть представлена жидкостью, отвечающей требованиям высокой степени вытеснения, вторая — жидкостью, обладающей высокой физико-химической активностью;
для улучшении качества цементирования призабойной зоны после закачки буферной жидкости следует вводить нижнюю цементировочную пробку ;
при цементировании обсадных колонн в скважинах, пробуренных с использованием буровых растворов на водной основе, не рекомендуется использовать в качестве буферной жидкости нефть или нефтепродукты.

хлористый кальций, пирофосфат натрия), нефть, газ, кислоты (сульфаминовая, соляная).
Двухфазные – из жидкости и твердых нерастворимых (обычно абразивных) добавок (вода с пуццоланом, вода с кварцевым песком или цементом, нефть с песком или баритом)
Трехфазные - из жидкой (вода, нефть), газообразной (азот, воздух) фаз и твердых веществ (кварцевый песок, пуццолан, цемент). В них вводят также хорошо растворимые реагенты (диспергаторы, эмульгаторы, стабилизаторы, турбулизаторы и др.).

1581-96
Цементы выпускаемые в соответствии с ISO 10426-1:2000.
Химические добавки к тампонажным растворам
Ускорители процесса схватывания
Замедлители процесса схватывания
Наполнители
Утяжелители
Понизители водоотдачи
Дисперсанты (пластификаторы)
Реагенты для борьбы с поглощениями

бездобавочный, с нормированными требованиями при водоцементном отношении, равном 0,44;
I-H - бездобавочный, с нормированными требованиями при водоцементном отношении, равном 0,38;
II – с минеральными добавками
III – с специальными добавками, регулирующими плотность раствора
Об4 – облегченный до норм. плотности 1.4 г/см3
Об5 – облегченный до норм. плотности 1.5 г/см3
Об6 – облегченный до норм. плотности 1.6 г/см3
Ут0 – утяжеленный до норм. плотности 2.0 г/см3
Ут1 – утяжеленный до норм. плотности 2.1 г/см3
Ут2 – утяжеленный до норм. плотности 2.2 г/см3
Ут3 – утяжеленный до норм. плотности 2.3 г/см3

по вещественному составу

50 – для низких и нормальных температур (15-50оС); 100 – для умеренных температур (50-100оС);
150 – для повышенных температур (100С-150оС)

по температуре применения

Для типов I, II, III: ОБЫЧНЫЙ – требований не предъявляется; СС – сульфатостойкий
Для типов I-G, I-H: СС1 – повышенной сульфатостойкости; СС2 – умеренной сульфатостойкости

по сульфатостойкости

номенклатура тампонажных материалов

ПЦТ-I-50 ПЦТ- II-50 ПЦТ- IIIУт(0-3)-50 ПЦТ- IIIОб(4-6)-50 ПЦТ-I-G
ПЦТ-I-100 ПЦТ- II-100 ПЦТ- IIIУт(0-3)-100 ПЦТ- IIIОб(4-6)-100 ПЦТ-I-H
ПЦТ- II-150

с минеральными добавками сульфатостойкий для низких и нормальных температур
ПЦТ I-G-СС-2 ГОСТ 1581-96 Портландцемент тампонажный бездобавочный с нормированными требованиями при водоцементном отношении, равном 0,44, высокой и умеренной сульфатостойкости
ПЦТ III-Об5-100-ГФ ГОСТ 1581-96 Портландцемент тампонажный с облегчающей добавкой с нормированными требованиями по плотности, равной 1.5 г/см3 для умеренных температур с гидрофобизирующей добавкой

1 - буквенное обозначение цемента;
2 - обозначение типа цемента по
вещественному составу;
3 - обозначение сульфатостойкости цемента;
4 - обозначение максимальной температуры применения цемента;
5 - обозначение стандарта;
6 - обозначение средней плотности для цемента типа III;
7 - обозначение гидрофобизации (ГФ) и пластификации (ПЛ) цемента;

Условные обозначения:

м, без каких-либо особенных условий применения
В - до глубины 1830 м, с обычной, умеренной и высокой сульфатостойкостью
С - до глубины 1830 м, с повышенными требованиями к развитию ранней прочности и с обычной, умеренной и высокой сульфатостойкостью
D - на глубинах от 1830 м до 3050 м, с умеренно высокими температурой и давлением, с умеренной и высокой сульфатостойкостью
E - на глубинах от 3050 м до 4270 м, с высокими температурой и давлением, с умеренной и высокой сульфатостойкостью
F - на глубинах от 3050 м до 4880 м, с очень высокими температурой и давлением, с умеренной и высокой сульфатостойкостью
G - до глубины 2440 м, применяется с различными добавками для широкого диапазона глубин и температур с умеренной и высокой сульфатостойкостью
H - до глубины 2440 м, применяется с различными добавками для широкого диапазона глубин и температур с умеренной и высокой сульфатостойкостью

водоотдачи

Замедлитель, ускоритель

флюида и гидроразрыва пласта;
Реологические свойства должны обеспечивать:
Подвижность раствора, достаточную для закачки раствора в интервал цементирования;
Недопущение гидроразрыва пласта при циркуляции;
Своевременное схватывание раствора.
Водоудерживающие свойства должны обеспечивать:
Хорошую седиментационную устойчивость суспензии;
Оптимальную фильтратоотдачу суспензии, для недопущения несвоевременного раннего схватывания;
Низкую проницаемость суспензии в процессе гидратации.
Цементный камень должен иметь:
Хорошее сцепление с породой и стенкой ОК;
Хорошую долговременную прочность и упругость;
Низкую проницаемость;
Безусадочность.

водосодержание

Плотность

Удельная поверхность

Плотность

Насыпная масса

Относительное водосодержание

Свойства цементного раствора

Свойства цементного камня

жидкости затворения к массе твердой фазы.
Относительное водосодержание → водоцементное отношение, когда используется вода и цемент.
Относительное водосодержание → водотвердое отношение, когда используется вода и сухая смесь известной плотности и содержания.

и перепада давления (6,9 МПа) характеризуется скоростью водоотдачи.
Величина условной водоотдачи измеряется через 30 минут в см3 [см3/30мин] с помощью специального прибора по определению водоотдачи при внутрискважинных условиях.

от 0 до 50 см3/30мин - предотвращение миграции газа
от 50 до 100 см3/30мин - ультранизкая водоотдача
от 100 до 200 см3/30мин - хорошая водоотдача
от 200 до 500 см3/30мин - умеренная водоотдача
от 500 до 1000 см3/30мин - значительная водоотдача
более 1000 см3/30мин - неконтролируемая водоотдача

10426-2000

Заполненный цементным раствором цилиндр наклоняют на угол 15град и выдерживают в течении 2 часов. После этого смотрят на верхней образующей наличие каналов, а в на дне наличие осадка

Заполненный цилиндр устана-
вливают в автоклав. Создают в
нём внутрискважинные условия.
Оставляют на 24 часа. Извлекают
из автоклава. Образовавшийся
цементный столб делят на части.
Две части по 20 мм снизу и сверху,
оставшееся на несколько равных
частей. Сохраняют их в воде.
Определяют плотность каждого
образца, используя закон
Архимеда.

Вика

Время начала схватывания

Время конца схватывания

Темп нарастания
начальной прочности

цементного раствора
Относительное водосодержание - Водоцементное отношение
Выход раствора
Плотность
Реологические свойства
Водоудерживающие свойства
Свойства цементного камня
Прочность
Проницаемость
Контракция

смеси), обычно берется из 1 тонны сухого цемента. Размерность [ м3/т].

потребного количества материалов и добавок для приготовления цементных растворов и буферных жидкостей;
Расчет количества цементовозов и цементировочных агрегатов;
Гидравлический расчет цементирования;
Расчет требуемых сроков загустевания цементных растворов

подачи сухой смеси в гидросмеситель -

Объёмная скорость подачи жидкости затворения в гидросмеситель -

Определение характеристик водоподающего насоса:

→ QCM

Диаметр штуцера в гидросмесителе при скорости потока в нем 50 м/с -

Давление водоподающего насоса -

Определение количества и производительности цементировочных агрегатов:

- без применения осреднительной ёмкости

производства цементных смесей
Ёмкость для временного хранения цементной смеси
Цементовоз
Цементировочный агрегат
Дозатор
Эжекторный смеситель
Установка смесительно-осреднительная
Установка блока манифольда
Цементировочная головка
Станция контроля процесса цементирования (СКЦ)

пикнометра
раствора с помощью герметизированных рычажных весов
Разработка и подбор рецептуры раствора
Процедура смешивания на месторождении
Засыпка в бункер слоями
Перетаривания между бункерами не менее 6 раз
Отбор проб из бункера из трех разных мест (вверху, в середине, внизу)

т/мин, не более от 0,6 до 1

тампонажных растворов и других песчано-жидкостных смесей.
Материалы загружаются в бункер винтовым конвейром или пневматическим способом через загрузочную трубу или верхний люк. Привод шнеков - от двигателя автомобиля. Для предупреждения сводообразования тампонажного материала в бункере установлен пневмовибратор.
Масса транспортируемого материала 8-11 Т.
Установка работает совместно с ЦА . От водоподающего блока агрегата подводится вода в необходимом объеме к смешивающему устройству установки и обеспечивается регулируемая подача тампанажной смеси. Готовый раствор подается на ЦА.

систем и других растворов, применяемых при цементировании, бурении и ремонте нефтяных и газовых скважин.

Применение установки обеспечивает:
повышение оперативности управления процессом цементирования;
стабильность плотности приготавливаемых растворов;
исключение потери цемента и цементного раствора;
повышение качества цементирования скважин и долговечность их эксплуатации.

гидроразрыве пластов в процессе бурения и капитального ремонта нефтяных и газовых скважин.

Установка предназначена для работы в умеренном и холодном макроклиматических районах. Возможна установка гидроманипулятора и измерительного комплекса с давлением до 32МПа (расходомер, плотномер, датчики давления и температуры) с возможностью отображения и записи информации о перекачиваемой среде.

Технические характеристики

скважину. Состоит из поршневого или плунжерного насоса высокого давления с приводом от двигателя автомобиля, двух мерных баков и системы обвязки. Управление механизмами агрегата ведется с единого поста, расположенного на платформе машины. Мерные баки агрегата служат для измерения объема продавочной жидкости. Имеется центробежный водяной насос для затворения цемента.

Полезная мощность, кВт -108,0 
Приводная мощность, кВт (л.с.) -160 (125)
Насос поршневой 9ТС
- давление максимальное, МПа -32
 - подача максимальная, л/с -23
 Насос водяной -ЦНС-38-154
    - давление максимальное, МПа -15
    - подача максимальная, л/с -10
Ёмкость мерного бака, м3 - 6,4
Ёмкость бака для затворения, м3 - 0,25

жидкостей в нефтяные и газовые скважины при цементировании, проведения промывочно-продавочных работ при освоении и капитальном ремонте нефтяных и газовых скважин.

до 100 МПа
4- термометр от -60° до +80°С
5- плотномер весовой
6- модуль сбора данных
7- вспомогательные датчики
8- измерительные приборы
9- выносное табло
10- персональный компьютер

цементировочной
головки

- Блок манифольдов

- осреднительная емкость

Линия подачи буферной и
продавочной жидкостей

Техническая вода