Файл: Вязельщиков В.М. Барханный песок как промышленное сырье при цементировании скважин.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.04.2024
Просмотров: 12
Скачиваний: 0
В. М. В Я З Е Л Ь Щ И К О З
БАРХАННЫЙ ПЕСОК
КАК
ПРОМЫШЛЕННОЕ СЫРЬЕ
ПРИ
ЦЕМЕНТИРОВАНИИ
СКВАЖИН
ТУРКМЕНСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
А ш х а б а д — 1 9 6 4
6 m 6
В 99
MSS Л
!: 2 ' ' •
Данная брошюра представляет собой ценный иллюстрированный материал о це лях и задачах цементировки скважин. В ней дан обзор работ о применении песков Сред ней Азии в качестве добавок к? тампонаж ному цементу, изложены результаты иссле довательских работ ТФ ВНИИ о песчанис том цементе с добавками барханного песка и убедительно показаны его технологичес кие преимущества по сравнению с «чис тым» цементом.
Брошюра несомненно принесет пользу в деле дальнейшего внедрения песчанистого цемента на нефтепромыслах республики.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН
Ствол скважины, пробуренный в горных породах до заданной глубины, которая определяется залеганием объекта эксплуатации, если скважина эксплуатационная, или расположением проектного горизонта, если скважи на разведочная, нуждается в создании стабильного и на дежного закрепления.
Закрепление ствола скважин, сложенного по разрезу породами различного литологического состава, вызыва ется необходимостью:
1)создания канала для передвижения нефти или газа
сзабоя до устья скважины, в котором можно произво дить ремонтные работы;
2)предохранения стенок <скважин от обвалов и
осыпей;
3)разобщения (изоляции) нефте-газо-водоносных го ризонтов друг от друга;
4)защиты устья от механических повреждений.
В процессе бурения укрепление стенок скважины и изоляция газоносных и водоносных горизонтов осущест вляются созданием противодавления на стенки скважи-
3
ны с помощью циркулирующей промывочной жидкости необходимого качества (обычно глинистый раствор или техническая вода). Кроме этого, промывочная жидкость удаляет с забоя разрушенную породу, охлаждает долото и при турбинном способе бурения приводит в действие гидравлический забойный двигатель—турбобур. После окончания бурения скважины и при получении данных о наличии в скважине нефти или газа в промышленных ко личествах, приступают к спуску обсадной колонны. Это делается для испытания продуктивности скважины и заканчивания ее в качестве эксплуатационной. Перед спу ском обсадную колонну оборудуют направляющим баш маком, обратным клапаном, центрирующими фонарями. Эти приспособления к обсадной колонне монтируются на поверхности.
Для создания прочной связи колонны со стенками скважины, изоляции продуктивных горизонтов, защиты обсадной колонны от коррозии пластовыми водами и так далее производится цементирование колонны. Успешное выполнение этой заключительной операции по строитель ству скважины в значительной степени определяет ее дальнейшую эксплуатацию.
Основной задачей при цементировании является выте снение цементного раствора из обсадной колонны в за данный интервал затрубного пространства скважины, ко торый определяется конкретными геолого-техническими условиями.
Применяющийся изоляционный материал—цемент ный раствор—представляет водный коллоидный раствор порошка цемента. Он обладает свойством превращения в камнеподобное тело вследствие физико-химических про цессов, происходящих при взаимодействии цементных зерен с водой.
4
Наиболее распростра ненным видом цементиро
вочных |
работ |
является |
одноступенчатое |
цемен |
|
тирование через |
колону1' |
|
обсадных |
труб. |
Расчет |
ный объем жидкого це ментного раствора, при готавливаемого в ваку умно-гидравлической во ронке цементно-смеси тельной машины, зака чивается в обсадные тру
бы цементировочным |
аг |
||
регатом и |
через башмак |
||
обсадной |
колонны |
про |
|
давливается |
в затрубное |
||
пространство |
скважины. |
||
В качестве |
продавочной |
жидкости обычно исполь
зуется |
буровой |
раствор. |
|
Для |
предупреждения |
||
смешивания |
цементного |
||
и бурового |
раствора в |
||
Рис. 1. Схема |
проведения |
||
|
цементировки |
||
А - во время цементировки; В —пос |
ле цементировки; / —эксплуатацион ная колонна; 2—разделительная
пробка; 3—обратный клапан; 4— продавочная жидкость; 5— центри
рующий фонарь; 6 — направляю щий башмак; /"--цементный раст вор; в—гидравлическая воронка; 9— сухой цемент; 10—вода под дав лением; // —цементировочный аг
регат.
обсадной колонне применяется верхняя и нижняя раз делительные пробки.
Время цементирования, состоящее из времени прове дения закачки и продавки цементного раствора (эти опе рации проводятся последовательно без перерыва), долж но быть предельне малым и укладываться во время до на ступления начала коагуляционного структурообразования у цементного раствора. Этот отрезок времени от мо мента приготовления раствора до начала коагуляции именуется в лабораторной и промысловой практике как «время начала схватывания».
Перед каждой заливкой производится лабораторный анализ цементного раствора по определению сроков схва тывания, удельного веса, механической прочности и растекаемости, которая характеризует способность раствора к перекачиванию насосами. Все эти и некоторые другие параметры тампонажного цемента должныудовлетво рять требованиям ГОСТа 1581-42.
После окончания цементирования скважина оставдя-' ется в покое на сутки. Это время необходимо для затвер дения цементного раствора, до прочности, допускающей подготовительные операции и освоение скважины.
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ПРОИЗВОДСТВО ТАМПОНАЖНОГО ЦЕМЕНТА
Тампонажный цемент представляет продукт обжига составных частей искусственной смеси (карбонатов, кремнеземисто-глиноземистых материалов и других хи мических соединений). Он состоит из нескольких так на,- зываемых клинкерных минералов. В процессе обжига во, вращающейся печи сырьевых материалов (известняка, мергеля, глины и колчеданных огарков), состоящих в ос новном из 4-х окислов СаО, БЮг, АЬОз, РегОз, образуют-
6
ся сложные соединения — цементные минералы: силика ты, ферриты и в небольшом количестве алюминаты, которые в целом носят название клинкер.
При выходе из печи клинкер отличается большим раз нообразием размеров обожженных кусков, поэтому он подвергается размельчению вместе с гипсом, замедляю щим процесс схватывания. Продукт помола клинкера с гипсом и есть тампонажный цемент. Тонкость помола це
мента должна быть высокой. |
Достаточно сказать, что |
через сито с числом отверстий |
4900 на 1 см2 нужно про |
пускать не менее 85 процентов |
взятой для просеивания |
навески. |
|
Меняя соотношение исходных сырьевых материалов и контролируя минералогический и химический составы це ментного клинкера, можно получать цементы с различны ми физико-механическими свойствами.
В настоящее время нашей промышленностью выпу скается два вида тампонажного цемента: цемент для «горячих» скважин и цемент для «холодных» скважин. Разница между ними определяется различными сроками схватывания и различной механической прочностью, при чем температура испытаний цемента для «горячих» сква жин составляет 75°С, а цемента для «холодных» сква жин — 22°С. Первый вид цемента предназначается для цементирования скважин с забойной температурой до 80—85°С, второй — для скважин с температурой до 50°С.
Необходимость в разнообразии свойств цемента обу словливается различными условиями проводки скважин и различными целями использования, как-то: крепление скважин, ремонтные работы в стволе, борьба с поглоще ниями и уходом циркуляции и т. д. Поэтому нефтедобы вающая промышленность нуждается как в обычных портланд-цементах, так и в специальных видах цементов:
7
утяжеленных, волокнистых, гельцементах, пуццолановых, шлако-портланд-цементах, тампонажно-песчани- стых, облегченных и нефтецементах. Полностью такой широкий ассортимент промышленностью не выпускается. Как правило, большинство цементных заводов произво дит обычный тампонажный портланд-цемент для ^горя чих» и «холодных» скважин. При необходимости в про мысловых условиях на базе этих цементов изготовляют ся специальные виды цемента.
ОБЗОР ПО ПРИМЕНЕНИЮ ЦЕМЕНТНО-ПЕСЧАНЫХ РАСТВОРОВ ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН И ИСПОЛЬЗОВАНИЮ БАРХАННОГО ПЕСКА
В СТРОИТЕЛЬНОЙ И ГИДРОТЕХНИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Первые исследовательские работы по применению цементно-песчаных растворов для тампонажа скважин были проведены в ГрозНИИ в 1940— 1943 годах Е. К. Мачинским. Применялся песок из грозненских песчани ков. По выводам исследования, цементно-песчаные смеси, при содержании испытуемого песка в количестве 25 процентов, вполне пригодны для цементирования скважин с забойной температурой не менее 40°С.
Последующие работы ГрозНИИ с цементно-песчаны ми растворами указывают, что механическую прочность песчанистого цемента, твердеющего при высоких темпера турах (до 150°С) и значительных давлениях (до 500 атм) можно стабилизировать и даже поднять добавкой квар цевого песка в количестве 50 процентов от веса цемента. Дальнейшие исследования института в этой области под твердили, что механические и тампонажные свойства це ментов могут быть значительно повышены путем подме
8
шивания к ним больших количеств кварцевого песка (до соотношения цемента и песка 1:4 и 1:5). В первую оче редь это относится к цементно-песчаным смесям, тверде ющим в условиях высоких температур (до 300°С) и дав лений.
Песок для цементирования скважин используется в Куйбышевской области. По рекомендации института «Гипровостокнефть» опытные партии песчанистого це мента для «холодных» скважин изготовлялись на цемент ном заводе «Комсомолец» помолом цементного клинкера с песком в количестве 20 — 25 процентов, который пред варительно прокаливался в барабане при температуре 600—700°С. Песок использовался речной или карьерный с содержанием глинистых частиц не более 8 процентов. Было установлено, что высокие механические показатели достигаются при тонкости помола цементно-песчаного материала до остатка на сите № 90 (4900 отверстий на
1см2) не более 4 процентов.
Внастоящее время песчанистый цемент находит при менение в Башкирии (Ишимбайское месторождение), в Краснодарском крае и в Ставрополье.
Все из известных работ по промышленному использо ванию местных песков Туркмении, Узбекистана, К азах стана направлены на возможность применения этого ма териала гидротехнической и строительной промышлен ности. В сборнике «Материалы исследований в помощь проектированию и строительству Каракумского канала» описываются результаты технологических исследований
песка и свойства изделий на его основе: пеносиликата, прессованных материалов, центрифугированных и вибрированных элементов. Излагаются предложения по но менклатуре материалов, изделий и деталей на основе каракумских песков.
9