Курсовая работа: Разобщение пластов

Портландцемент характеризуется высокой плотностью — 3100 — 3150 кг/м³ , насыпная масса порошка портландцемента составляет 900—1100 кг/м³ в рыхлом состоянии и 1400—1700 кг/м³ в уплотненном. Тонкость помола порошка оценивают по суммарной поверхности частиц (в м² /кг). Удельная по-врехность тампонажных портландцементов находится в пре­делах 250 — 400 м² /кг, у специальных цементов она может до­ходить до 1500 м² /кг.

Портландцемент — основа для приготовления тампонаж­ных растворов с различными свойствами. Для регулирования свойств в портландцемент при его затворении вводят специ­альные добавки, которые позволяют регулировать сроки схватывания тампонажного раствора, свойства получаемого цементного камня, его термостойкость и т.п.

Наиболее распространенные добавки в цемент — глина и песок. С добавкой бентонитового глинопорошка в портланд­цемент получают гельцемент.

Добавки кварцевого песка к портландцементу оказывают различное влияние на цементный камень в зависимости от температуры среды. Если при низких температурах песок представляет собой инертный наполнитель, то при высоких температурах он вступает в химические реакции с основны­ми оксидами как кислый компонент, образуя гидр о силикаты.

Наряду с портландцементами используют новые виды вя­жущих материалов. К ним относятся шлакопесчаные цемен­ты, белитокремнеземистый цемент, тампонажные цементы на базе ферромарганцевого шлака, известково-песчаные рас­творы, а также органические полимерные вяжущие. Отличи­тельная особенность шлаковых цементов то, что процесс их твердения значительно активизуется с повышением темпера­туры до 100 °С и выше. Шлакопесчаные цементы в условиях высоких температур дают прочный и плотный цементный камень, обладающий высокой устойчивостью в агрессивных средах.

Для цементирования высокотемпературных скважин пред­ложен белитокремнеземистый цемент, изготовляемый на ос­нове белитового (нефелинового) шлама и кварцевого песка. На базе этого цемента готовят тампонажный раствор для це­ментирования при температурах до 180 — 200 °С.

Известково-песчаные тампонажные растворы готовят на основе извести и молотого кварцевого песка с добавкой бен­тонитовой глины. При температуре 130—150 °С и высоком давлении смесь схватывается очень быстро (< 30 мин), но с добавками специальных веществ сроки схватывания можно увеличить.

Тампонажный цемент на базе ферромарганцевого шлака, получаемого при производстве чугуна, проявляет вяжущие свойства при температурах выше 100 °С. Тампонажный рас­твор из этого цемента можно эффективно применять при температуре от 150 до 350 — 400 °С. Для сокращения сроков схватывания в раствор добавляют кальцинированную соду.

В последние годы проводится большая работа по созда­нию рецептуры новых вяжущих материалов в виде органиче­ских соединений. Например, применяют полимерцементы, в которых вяжущая основа представлена смесью минеральных веществ и полимеров. В качестве полимерных добавок ис­пользуют различные синтетические каучуки, смолы, поли-акрилаты, полистирол и другие соединения. Одна из разновидностей полимерцемента — латексцемент, имеющий в ка­честве полимерной добавки натуральный или синтетический каучук. Такой цемент дает возможность получить прочный непроницаемый цементный камень, обладающий высокой упругостью и устойчивостью в агрессивных средах. Благодаря своим положительным свойствам полимерцементы привлека­ют к себе все большее внимание специалистов.

При цементировании вяжущий материал подают в скважи­ну в виде тампонажного раствора. Тампонажным раствором называется дисперсная система, образующаяся при затворении тампонажного цемента водой, пресной или с химически­ми реагентами и прочими добавками. Для тампонажного рас­твора характерна нестабильность состояния и способность к фазовым превращениям. С этой точки зрения растворы, по­лучаемые при затворении цементов на нефти или нефтепро­дуктах (дизельное топливо и т.д., только условно можно от­носить к тампонажным, так как для проявления свойств дис­пергированных вяжущих материалов необходимо замещение жидкой фазы водой.

Основное требование к тампонажным растворам состоит в том, что они должны сохранять достаточно высокую подвижность в течение всего периода подачи их в интер­вал цементирования и затем быстро затвердевать, дости­гая прочности, достаточной для возобновления работ в сква­жине.

Формирование цементного камня из тампонажного рас­твора происходит с участием воды как необходимого компо­нента, поэтому одна из основных характеристик раствора — его водосодержание, которое оценивается водоцементным отношением. Водоцементное отношение — это отношение массы воды к массе цемента. Для стандартных тампонажных портландцементов водоцементное отношение может изме­няться в пределах 0,4 — 0,6.

Тампонажный раствор характеризуется рядом свойств. Среди них наиболее важны плотность, подвижность (расте-каемость), седиментационная устойчивость, показатель филь­трации, структурная вязкость, динамическое напряжение сдвига, время загустевания, сроки схватывания. Свойства тампонажного раствора зависят от химико-минералогическо­го состава основы, состава жидкости затворения, состава, строения и концентрации наполнителей, концентрации и ак­тивности химических добавок, режима приготовления и пе­ремешивания раствора и изменяются в зависимости от дейст­вия таких факторов, как температура и давление.

По плотности тампонажные растворы подразделяются на легкие (до 1300 кг/м³ ), облегченные (1300—1750 кг/м³ ), нор­мальные (1750 — 1950 кг/м³ ), утяжеленные (1950 — 2200) и тяже­лые (выше 2200 кг/м³ ). При водоцементном отношении 0,5 стандартный раствор из портландцемента имеет плотность 1810—1850 кг/м³ . С повышением водоцементного отношения плотность раствора снижается. Имеются тампонажные це­менты, позволяющие приготовлять утяжеленные растворы плотностью 2060 — 2160 кг/м³ (УЦГ-1, УШЦ-1) и тяжелые рас­творы плотностью до 2250 кг/м³ (УЦГ-2, УШЦ-2). Повышение плотности достигается также введением утяжелителей в тампонажный раствор.

Чрезвычайное разнообразие условий в скважинах, их пе­ременчивость по стволу скважины в интервале цементирова­ния, влияние различных факторов на свойства тампонажного раствора обусловливают необходимость регулирования его первоначальных свойств путем уточнения состава основных вяжущих материалов и введения дополнительных веществ.

Все вводимые в тампонажный раствор вещества можно подразделить на группы:

добавки (кварцевый песок, шлаки и т.п.), которые в опре­деленных условиях взаимодействуют с вяжущим материалом основы и участвуют в процессе формирования цементного камня;

химические реагенты, которые, как правило, вводят в во­ду затворения для воздействия на реологические свойства тампонажного раствора, показатель фильтрации и сроки его схватывания;

наполнители (целлофан, асбест, шелуха, различные волок­на, слюда), инертные по отношению к основному вяжущему материалу.

В зависимости от конкретных условий возникает необхо­димость изменения сроков начала схватывания: их увеличе­ния при цементировании в глубоких скважинах с высокими забойными температурами и высоким давлением и их умень­шения, если цементировочные работы ведутся на небольших глубинах. Начало схватывания тампонажного раствора удает­ся изменять введением химических реагентов. По характеру воздействия на время схватывания они подразделяются на ус­корители и замедлители. Ускорители интенсифицируют про­цесс гидратации частиц в растворе, способствуя образованию коагуляционной и кристаллизационной структур и сокраще­нию срока начала схватывания. К ускорителям относятся хлориды кальция, алюминия, натрия и цинка, каустическая и кальцинированная сода и др. Хлористый натрий является ус­корителем, если его дозировка не превышает 2 —3 %, в боль­шем количестве он оказывает обратное действие.

Замедлители, адсорбируясь на поверхности частиц вяжу­щего материала, снижают темп их гидратации и увеличивают срок начала схватывания. В качестве замедлителей использу­ют ССБ, КМЦ, гипан, виннокаменную кислоту и другие реа­генты.

Количество химических реагентов определяют лаборатор­ным путем в зависимости от характера скважины, способа цементирования и сорта тампонажного цемента.

1.3.Организация процесса цементирования

Технология цементирования складывалась на основе многолетнего практического опыта и совершенствова­лась с использованием достижений науки и техники. На со­временном уровне она включает систему отработанных норм и правил выполнения цементировочных работ, а также типо­вые схемы организации процесса цементирования.

В каждом конкретном случае технологию цементирования уточняют в зависимости от конструкции и состояния ствола скважины, протяженности цементируемого интервала, горно-геологи­ческих условий, уровня оснащенности техническими средства­ми и опыта проведения цементировочных работ в данном районе.

Применяемая технология должна обеспечить: цементирова­ние предусмотренного интервала по всей его протяженности; полное замещение промывочной жидкости тампонажным рас­твором в пределах цементируемого интервала; предохранение тампонажного раствора от попадания в него промывочной жидкости; получение цементного камня с необходимыми ме­ханическими свойствами, с высокой стойкостью и низкой проницаемостью; обеспечение хорошего сцепления цементно­го камня с обсадной колонной и стенками скважины.

При разработке технологии цементирования для конкрет­ных условий прежде всего подбирают способ. Он должен обеспечить подъем тампонажного раствора на заданную вы­соту, заполнение им всего предусмотренного интервала (а ес­ли есть необходимость, то и защиту некоторого интервала от проникновения тампонажного раствора), предохранение тампонажного раствора от попадания в него промывочной жидкости при движении по обсадной колонне.

Исследованиями установлено, что наиболее полное заме­щение промывочной жидкости происходит при турбулент­ном режиме (98 %), худшие показатели (42 %) получают при структурном режиме. Для наиболее полного замещения про­мывочной жидкости рекомендуется ряд мероприятий:

тщательное регулирование реологических свойств промы­вочной жидкости, заполняющей скважину перед цементиро­ванием, с целью снижения вязкости и статического напряже­ния сдвига до минимально допустимых значений;