XIV Міжнародна наукова інтернет-конференція ADVANCED TECHNOLOGIES OF SCIENCE AND EDUCATION (19-21.04.2018)

Русский English




Научные конференции Наукові конференції

канд. технічн. наук, Кочкодан Я. М., Кирчей О. І. ВПЛИВ РОЗШИРЕННЯ ТАМПОНАЖНОГО РОЗЧИНУ (КАМЕНЮ) НА ГЕРМЕТИЧНІСТЬ ЗАКОЛОННОГО ПРОСТОРУ СВЕРДЛОВИНИ

кандидат технічних наук Кочкодан Ярослав Михайлович,

Кирчей Олег Іванович

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу

ВПЛИВ РОЗШИРЕННЯ ТАМПОНАЖНОГО РОЗЧИНУ (КАМЕНЮ) НА ГЕРМЕТИЧНІСТЬ ЗАКОЛОННОГО ПРОСТОРУ СВЕРДЛОВИНИ

         Надійність розмежування пластів з різними пластовими тисками гарантована лише у тому випадку, якщо у період очікування затвердівання тампонажного розчину (ОЗЦ) не відбувається перетоків флюїду каналами, які утворилися в наслідок зниження порового тиску у тампонажному розчині до величини тиску стовпа дисперсійного середовища і який фіксується у тампонажному камені при тужавінні. Тампонажні цементи, які застосовують для цементування обсадних колон мають певні вади. Їх водні суспензії седиментаційно нестійкі і в період ОЗЦ можливе утворення каналів і міжпластових перетоків із горизонтів з високими пластовими тисками у пласти з низькими. Негативна зміна об'єму тампонажного розчину і каменю з одночасним обезводненням та розтріскуванням глинистої кірки і зниження щільності контактної поверхні можуть призвести до газопроявлень, грифоноутворень і появи міжколонних тисків. Перетоки пластових флюїдів найімовірніші по контактних поверхнях внаслідок недостатнього зчеплення тампонажного каменю з обсадною колоною та стінкою свердловини. Одним зі шляхів підвищення герметичності заколонного простору свердловини є застосування при цементуванні обсадних колон безусадочних  і розширювальних тампонажних цементів, які володіють підвищеною тампонуючою здатністю,[1].

         В якості безусадочних тампонажних розчинів при цементуванні свердловин на підземних сховищах газу використовували цементно-глино-солеві суміші, які містять 5% глини та 2,5% хлористого натрію від маси цементу. Добавка хлористого натрію скорочує терміни тужавіння, покращує реологічні властивості, підвищує ранню міцність і запобігає усадочним деформаціям тампонажного каменю. Збільшення об'єму каменю спричинене гідратаційними процесами та виникненням осмотичного тиску у гелеподібних мас. Осмотичний тиск спричиняє не тільки набухання, але і розрива гелевих  оболонок, окремі частинки яких розташовуються між зернами в'яжучого і розсувають їх. Опріч  того, розширення цементно-глино-солевого каменю може бути пов'язане з набуханням глинопорошку, а також викристалізовуванням солей у поровому просторі у міру переходу води із вільного стану у зв'язаний. Фактична величина вільних деформацій обумовлена  сумарною дією осмотичного тиску і тиску кристалізації. Експериментально встановлено, що на 1% бентонітової глини, яка добавляється до цементу необхідно додавати 0,5% хлористого натрію. Так тампонажний камінь, який містить 5% глини і 2,5% хлористого натрію має лінійне розширення до 0,1%.

         В якості розширювальних тампонажних цементів використовували суміш тампонажного портландцементу (ПЦТ) і гіпсоглиноземистого цементу (ГГЦ) у співвідношенні (80-70)% ПЦТІ-50 і (20-30)% ГГЦ. Добавка гіпсоглиноземистого цементу до тампонажного спричиняє при вільному тужавінні і твердінні розширення розчину і каменю в межах (7-10)%, а при твердінні у замкнутому об'ємі створює напруження до 2,5МПа.

         Розширення тампонажного розчину і каменю обумовлене утворенням гідроалюмінату кальцію, гідрата моносульфоалюмінату кальцію і шестиводного силікату кальцію, які при твердінні утворюють речовини з більшим об'ємом, ніж об'єм вихідних компонентів. Крім того, можливою причиною розширення є також набухання сольватних шарів гелю гідрату алюмінату і сульфоалюмінату кальцію, які мають шарувату структуру, а також твердо фазова гідратація вихідних оксидів кальцію і магнію, яка супроводжується адсорбцією води.

         Добавка гіпсоглиноземистого цементу до тампонажного підвищує тампонуючу здатність та седиментаційну стійкість тампонажного розчину, а також ранню міцність розчину і каменю. Зменшення седиментації (практично до нуля) свідчить про підвищення кінетичної і агрегативної стійкості на стадії коагуляційного загуснення. Оскільки довільне каналоутворення у тужавіючому тампонажному розчині обумовлене седиментаційними процесами, то імовірність їх виникнення у розширювальних розчинах зменшується.

         Міцність контакту оцінювали часовим опором зсуву при витискуванні тампонажного каменю, який затвердів у сталевій циліндричній обоймі. Проведені результати лабораторних досліджень показали, що сили зчеплення тампонажного каменю з металом зі збільшенням вмісту гіпсоглиноземистого цементу збільшуються, досягаючи максимального значення у рецептурі, яка має найбільше розширення. Зокрема, тампонажний камінь, який приготовлений із суміші 70% ПЦТ І-50 і 30%ГГЦ, має зчеплення з металевою обоймою майже у чотири рази більше ніж  камінь із тампонажного портландцементу. Проведені нами дослідження міцності зчеплення металу з каменем методом витискування металевого стержня із цементного каменю, який затвердівав у циліндричній обоймі, показали, що міцність контакту каменю із розширювального тампонажного цементу більше ніж у 30 разів більша ніж каменю із тампонажного портландцементу.

         Ущільнення контакту залежить від деформації глинистої кірки, величини  розширення тампонажного матеріалу та виникаючого при цьому тиску. Глинисту кірку на стінках свердловини, як і глинистий розчин, який знаходиться на поверхні обсадної колони у свердловині, можна представити у вигляді трикомпонентної системи: глини, води і повітря. Її стисливість при дії навантажень, які перевищують навантаження, при яких вона деформується, обумовлена стисливістю повітря і зменшенням порового простору, оскільки стисливістю глини і води можна нехтувати. Дослідженнями встановлено, що максимальна деформація глинистої кірки становить 20-25%, а при подальшому створенні навантаження на кірку, деформація практично не змінюється,[2]. Нами, проведені лабораторні дослідження по визначенню сили зчеплення металевих взірців, покритих глинистою кіркою і які контактують з тужавіючим і твердіючим тампонажним розчином (каменем) із тампонажного портландцементу та розширювального тампонажного цементу. Після заповнення металевих обойм, на яких знаходилась глиниста кірка, тампонажним розчином, вони зберігались у сухому ексикаторі протягом трьох діб. Результати лабораторних досліджень показали, що зі збільшенням товщини глинистої кірки сила зчеплення каменю з металевою обоймою зменшується, але інтенсивність зменшення та абсолютні значення напружень зсуву залежать від типу цементу. Зокрема, якщо товщина глинистої кірки становить 2 мм, то при використанні тампонажного портландцементу  напруження зсуву майже дорівнює нулю, а при використанні розширювального тампонажного цементу воно становить від 1 до 3 МПа, залежно від величини розширення.

         Герметичність міжтрубного простору досліджували на спеціальній лабораторній установці, виготовленій із 114 мм обсадних труб, причому всередині обсадної труби поміщали перфоровану трубу, діаметром 60,3 мм і довжиною 1,2 м. Міжтрубний простір заповнювали тампонажним розчином різного складу. Після затвердівання тампонажного розчину у внутрішній трубі за допомогою компресора створювали тиск і реєстрували величину тиску, при якому відбувалось порушення герметичності контакту «тампонажний камінь - обсадна колона». Лабораторні дослідження показали, що при використанні розширювальних тампонажних розчинів величина тиску, при якому порушується герметичність міжтрубного простору більше ніж у два рази вища, ніж при використанні тампонажних розчинів  і портландцементу. Варто зауважити, що при збільшенні терміну тужавіння і твердіння (до 10 діб), внаслідок розширення, відбувається ущільнення контакту «тампонажний камінь - обсадна колона», і, як наслідок, збільшується величина тиску, при якому відбувається порушення герметичності. При використанні тампонажних портландцементів внаслідок усадки тампонажного каменю з часом тиск, при якому порушується герметичність, може зменшуватись.

         Для вивчення впливу глинизації контакту стінки внутрішньої труби змащували глинистим розчином. При наявності глинистої плівки на стінках труби порушення герметичності контакту тампонажного каменю зі стінкою обсадної колони при використанні розчину із ПЦТ відбувається при тиску, який майже у 8 разів менший, ніж без глинистої плівки. При використанні розширювального тампонажного цементу (75% ПЦТ + 25% ГГЦ) порушення герметичності контакту обсадної колони, покритою глинистою плівкою, відбувається при тиску у два рази більшому, ніж з використанням ПЦТ.

         Варто зауважити, що при тужавінні і твердінні у водному середовищі  розширювального тампонажного розчину тиск, при якому відбувається порушення герметичності контакту каменю з обсадною трубою, покритою глинистою плівкою, різко збільшується і майже дорівнює (або дещо менший), тиску, при відсутності глинистої плівки.

         Таким чином, застосування розширювальних тампонажних розчинів дозволяє суттєво зменшити вплив (або ліквідувати) глинизації поверхні обсадних труб і стінок свердловини на герметичність контакту з цементним кільцем.

Література:

1.Банатов В.П., Кочкодан Я.М. Безусадочные и расширяюшиеся цементы для крепления скважин на ПХГ. Разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений. Республиканский межведомственный  научно-технический сборник. Львов. Издательство при Львовском университете издательского обьединения «Вища школа», выпуск 18, 1981. с 56-59

2. Мальцев А.В. Уплотнение контакта тампонажного камня с породой, покрытой глинистой коркой. РНТС Бурение. 1979. №2     


Залиште коментар!

Дозволено використання тегів:
<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <code> <em> <i> <strike> <strong>