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., Кобзєв С. О. ДОСЛІДЖЕННЯ ТАМПОНУЮЧОЇ ЗДАТНОСТІ ТАМПОНАЖНИХ РОЗЧИНІВ

кандидат технічних наук, Кочкодан Ярослав Михайлович

Кобзєв Сергій Олегович

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу

ДОСЛІДЖЕННЯ ТАМПОНУЮЧОЇ ЗДАТНОСТІ ТАМПОНАЖНИХ РОЗЧИНІВ

         Ефективність тампонування свердловин у значній мірі залежить від того, наскільки вивчено явище міграції газу крізь тампонажний камінь та формування каналів в елементах кріплення. Висока проникна здатність газу вимагає надійного кріплення свердловин, що є надзвичайно складною та багатогранною проблемою. Заколонні прояви під час очікування затвердівання цементного розчину (ОЗЦ) набрали масового характеру, що спричинено недостатньою дослідженістю природи виникнення заколонних перетоків як на стадії тужавіння, так і при наявності  у геологічному розрізі пластів-колекторів з малопотужними екранами між ними.

Найімовірнішим джерелом проникнення газу у заколонний простір є продуктивний горизонт. Канал від пласта-колектора до устя свердловини, який утворився у розчині при тужавінні,є найнебажанішим елементом заколонного проявлення, оскільки при герметичності різьбових з'єднань експлуатаційної колони заколонні перетоки відбуваються лише при його наявності, тобто при існуванні системи гідродинамічного зв'язку між джерелом прояву і місцем нагромадження флюїду. Вважають, що утворення каналів у тампонажному розчині можливе у період його тужавіння. У результаті реакції гідратації цементу у нерухомому тампонажному розчині виникає коагуляційна тиксотропна структура. З ростом міцності цієї структури збільшуються її сили зв'язку зі стінками свердловини та сили тертя об стінки осідаючої структури. Це сприяє зависанню структури на стінках свердловини, тобто вихід твердої фази із гідравлічно змуленого стану  і зменшенню швидкості осідання. При цьому поровий тиск  у суспензії знижується до гідростатичного. Під дією перепаду тиску починається витіснення іммобілізованої води та продуктів гідратації. При цьому можливе деформування елементів структури суспензії, її руйнування і утворення фільтраційного каналу [1,2].

Вивчаючи зміну рушійних сил флюїдопроявлень у період ОЗЦ А. І. Булатов прийшов до висновку, що максимальні величини ці сили мають у момент зниження тиску у поровому просторі тампонажного розчину до гідростатичного, оскільки у цей момент різниця між пластовим і гідростатичним тиском є найбільшою. Отже, виникнення флюїдопроявлення  можливе лише при наявності гідродинамічного зв'язку між пластом і заколонним простором, що характерне для свердловин з аномально високим пластовим тиском [3].

Проте міграція газу можлива також і у свердловинах, в яких пластовий тиск рівний або менший за гідростатичний, про що свідчить досвід цементування свердловин, особливо на підземних сховищах газу.

Механізм виникнення заколонних проявлень у газових свердловинах з низьким пластовим тиском такий. Відразу після закінчення тампонування у цементному розчині, як і в будь-якій кінетично нестабільній системі, починається процес седиментації, який супроводжується відфільтровуванням дисперсійного середовища. Доки тверда фаза перебуває у змуленому  стані, вона чинить надлишковий тиск на порову рідину. У результаті цього гідростатичний тиск у заколонному просторі  перевищує пластовий. Проте цей стан є динамічно незрівноважений, особливо на контакті з газовим пластом. Система тампонажний розчин - пласт починає зрівноважуватись. Завдяки наявності проникної породи вільне дисперсійне середовище із пор цементного розчину переміщується в пласт. Тампонажна суспензія втрачає при цьому частину рідини, що призводить до збільшення кількості коагуляційних зв'язків. Підвищення консистенції тампонажного розчину веде до втрати ним рухомості (зависання на стінках), що, у свою чергу, спричиняє  зниження швидкості стиску просторового скелету. Втрата капілярно-пористим середовищем частини дисперсійного середовища призводить до виникнення у просторі  між частинками цементних зерен порожнин і швидкого зменшення порового тиску. А тому настає момент, при якому поровий тиск стає менший за гідростатичний, що дає можливість поступати газу у порожнини тампонажного розчину. Поступаючи у середовище з порушеною структурою пухирці газу розширюються і зрівноважують тиски.

При цементуванні газових свердловин, особливо свердловин на підземних сховищах газу, якість розмежування флюїдовміщуючих пластів не завжди задовільна, трапляються випадки заколонних газопроявлень і перетоків. Такі ускладнення часто виникають у період тужавіння і твердіння тампонажного розчину, коли проникність скелету велика, а його опір суфозії і міцність невеликі. Під суфозією розуміють пряме руйнування скелету тампонажного розчину і каменю рідиною, яка фільтрується через нього. Тому оцінка здатності тампонажних розчинів забезпечувати розмежування проникних пластів, запобігати перетокам пластових флюїдів через зацементований заколонний простір при тому чи іншому перепаді тиску, а також спрямоване регулювання цієї здатності, з метою підвищення якості розмежування пластів, має велике практичне значення.

Розмежовуючі властивості тампонажних розчинів можна оцінити з допомогою коефіцієнта (показника) тампонуючої здатності, під яким розуміють граничне відношення тиску, при якому через цементний розчин не проходить наскрізна фільтрація у період до початку тужавіння розчину, до гідростатичного. Інтенсивність перетоків рідини через цементний розчин залежить від величини коефіцієнта аномальності пластового тиску та відносного перепаду пластових тисків у сусідніх горизонтах. Для оцінки ефективності застосування різних складів тампонажних розчинів у реальних свердловинах необхідно зіставляти коефіцієнт аномальності з  коефіцієнтом тампонуючої здатності.

Порівнюючи ці коефіцієнти можна зробити заключення про імовірність перетоків через цементний розчин флюїду з того чи іншого горизонту. Із-за сезонності відбирання та закачування газу протягом року величини коефіцієнтів аномальності і відносного перепаду тиску в пластах-колекторах різко змінюються. У період їх найбільших значень найімовірніша поява перетоків газу по затрубному простору через цементний розчин. Тому при цементуванні свердловин необхідно використовувати тампонажні розчини з наперед відомими показниками тампонуючої здатності, застосування яких виключає можливість газопроявлень через тампонажний розчин у період ОЗЦ.

Порівняння показників тампонуючої здатності з реальними значеннями коефіцієнтів аномальності і відносного перепаду тиску у свердловині дозволяє цілеспрямовано вибирати тампонажні розчини для конкретних умов, а також запобігти необдуманому застосуванню тих чи інших складів тампонажних розчинів.

         Коефіцієнт тампонуючої здатності визначали за допомогою спеціальної лабораторної установки УОТС-1 [4]. Знаючи показник тампонуючої здатності цементного розчину і відносну величину перепаду тиску між горизонтами можна визначити граничний тиск у пласті-колекторі, для якого можна застосовувати даний склад тампонажного розчину. Результати досліджень тампонуючої здатності розширювальних тампонажних цементів приведені в таблиці.

Коефіцієнти тампонуючої здатності розширювальних тампонажних цементів

Склад суміші,%

 

ПЦТ-І-50 100 90 80 75 70 60 50 40 30 20 10 0
ГГЦ 0 10 20 25 30 40 50 60 70 80 90 100
Коефіцієнт тампонуючої здатності

 

1,1 1,3 1,7 1,75 2,0 2,5 2,2 2,1 2,0 1,8 1,6 1,55

Як видно з таблиці збільшення вмісту гіпсоглиноземистого цементу у суміші до 40% призводить до збільшення коефіцієнта тампонуючої здатності. Зокрема, тампонажний розчин з портландцементу має коефіцієнт тампонуючої здатності 1,1 , а при додаванні до нього 40%  гіпсоглиноземистого цементу цей коефіцієнт збільшується більше ніж у два рази.  Підвищення тампонуючої здатності обумовлено процесами інтенсивного структуроутворення  і ростом гідравлічних опорів при переміщенні дисперсної фази. При подальшому збільшенні вмісту ГГЦ у суміші (більше 40%) коефіцієнт тампонуючої здатності зменшується. Таким чином, тампонажні розчини на основі тампонажного портландцементу і гіпсоглиноземистого цементу можна застосовувати при більшому відносному перепаді тиску, ніж розчини із тампонажного портландцементу, що дозволить запобігати утворенню каналів у розчині (камені) у процесі тужавіння.

Література:

1. Данюшевский В.С. Проектирование оптимальных составов  тампонажных цементов /Данюшевский В.С. - М.: Недра, 1978. - 293 с.

2. Сухін Є.І. Елементи створення, формування та експлуатації підземних сховищ газу/ Сухін Є.І., Навроцький Б.І. - К.: «ППНВ», 2004. - 528 с.

3. Булатов А.И. Управление физико-механическими свойствами тампонажных систем /Булатов А.И. - М.: Недра, 1976. - 248 с.

4. Геранин М.П. Оценка тампонирующей способности цементных растворов  / Геранин М.П., Соловьев Е.М. - Газовая промышленость, 1972.№2. - с 4 - 7 .


Залиште коментар!

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