Файл: Каримов, Н. Х. Особенности крепления скважин в соленосных отложениях.pdf

J

ет возможность упрочнения колонн и позволяет сократить рас­ ход металла на крепление нефтяных и газовых скважин.

Из вышеизложенного вытекает, что для увеличения срока службы и предотвращения нарушения целостности обсадных колонн необходимо в каждом отдельном случае для цементиро­ вания скважин в солях подбирать тампонажные смеси с опреде­ ленными физико-механическими свойствами (прочностью на . сжатие и модулем упругости).

Для этой цели по формулам, приведенным в работе [24], Л. Б. Измайловым был определен коэффициент разгрузки об­ садных колонн в зависимости от модуля упругости цементного камня. Для расчета была выбрана 219-мм обсадная колонна, обычно спускаемая для перекрытия солей при диаметре скважи­ ны 269 мм.

Формула имеет вид

внутренний радиус трубы; гс — радиус скважины в мм. Расчеты производились в случаях спуска колонн в скважины

диаметрами 269, 294 мм.

Модуль упругости соли был определен ультразвуковым ме­ тодом по образцам, отобранным в скв. 88 Кенкияк из различных

£•105

к г с / с м 2

Учитывая, что нарушение обсадных колонн в основном про­ исходит на глубинах ниже 2000 м, для расчета коэффициента разгрузки модуль упругости породы приняли равным

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

НЕКОТОРЫХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ,

ВЛИЯЮЩИХ НА НАДЕЖНОСТЬ КРЕПЛЕНИЯ

СКВАЖИН В СОЛЯХ

Анализ результатов крепления скважин и причин осложнений с колоннами в соленосных отложениях Западного Казахстана показывает, что проявление текучести солей, заколонные газопро­ явления, межпластовые перетоки флюидов, коррозия цементно­ го камня и обсадных труб связаны с низким качеством цементи­ рования, которое в свою очередь зависит от совершенства технологии крепления, свойств вяжущих материалов и физико­ химических явлений, происходящих при гидратации тампонаж­ ных материалов.

В практике цементирования скважин пока еще не удается создать сплошное, равномерное цементное кольцо. Из-за контракционных явлений при гидратации цементов снижается про­ тиводавление на стенки скважины и создаются условия прояв­ ления пластических деформаций солей.

При использовании обычных тампонажных смесей давление на контакте снижается до атмосферного, а в некоторых случа­ ях даже ниже. Негерметичность затрубного пространства мо­ жет быть вследствие неполного удаления глинистого раствора, чрезмерной толщины глинистой корки, большой газопроницае­ мости самого цементного камня, нарушения контакта между це­ ментом и колонной из-за расширения и последующего сжатия обсадных труб в результате высоких внутренних давлений или температурных напряжений, возникающих при гидратации там­ понажных смесей.

Отсутствие цементного кольца и негерметичность затрубного пространства создают благоприятные условия для коррозии об­ садных труб, пластической деформации солей, газопроявлений и межпластовых перетоков.

Для обеспечения герметичности заколонного пространства в контакте цементный камень — порода должно развиваться опре­ деленное давление со стороны камня на породу. Этого можно достичь применением тампонажных смесей, способных расши­ ряться в процессе структурообразования. При этом величина расширения должна быть больше, чем уменьшение объема си­ стемы за счет контракции, и в то же врем1Я не должна превы-

шать предельного усилия на смятие или нарушение целостности обсадных колонн.

В начальный период структурообразования цементного ра­ створа в камне возникают сплошные поры, которые заполняют­ ся газом или пластовой жидкостью и образуют затем каналы фильтрации, являющиеся причиной газопроницаемости. Эти ка­ налы могут быть закрыты за счет роста минералов, образую­ щихся при гидратации расширяющегося цемента. Под действием гепла, выделяющегося при гидратации цемента, обсадные трубы расширяются. Несхватившийся цемент при этом несколько от­ тесняется к стенкам скважины. При последующем охлаждении обсадные трубы сжимаются, возвращаясь в первоначальное по­ ложение, и между трубой и цементом остается зазор. При ис­ пользовании расширяющегося цемента охлаждение должно со­ провождаться увеличением объема цемента во всех направлени­ ях, сжатием глинистой корки и образованием надежных уплот­ нений.

Из вышеизложенного вытекает, что применение расширяю­ щихся цементов может служить средством предотвращения про­ явления пластической деформации солей, ликвидации заколонных газопроявлений и межпластовых перетоков флюидов, защи­ ты труб от коррозии.

Для изучения условий, способствующих проявлению указан­ ных выше осложнений, и разработки рекомендаций по улучше­ нию качества герметизации заколонного пространства при креп­ лении скважин были проведены экспериментальные работы в лаборатории крепления скважин Актюбинского отделения КазНИГРИ.

ПРИБОРЫ И МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНТРАКЦИИ

ИРАСШИРЕНИЯ ТАМПОНАЖНЫХ СМЕСЕЙ

ВРАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ

Линейные деформации материалов могут измеряться оптически­ ми компараторами (длиномерами); индикаторами часового ти­ па; дилатометрами, позволяющими изучать изменения линейных размеров и объемов при повышенных и низких температурах и различной влажности образцов; тензометрическими приборами; комбинированными системами.

Оптические измерители длины в зависимости от расположе­ ния образца при измерении делятся на вертикальные (ИЗВ-1) и горизонтальные (ИЗВ-2). Эти виды измерителей деформаций позволяют измерять образцы длиной 120—250 мм с точностью до четвертого знака после запятой.

Измерения деформаций с помощью оптических длиномеров просты и достаточно точны, однако требуют специальной подго­ товки образцов и не позволяют производить замеры при давле­ нии и температуре.

52

При помощи стрелочных индикаторов возможно практически замерять линейные деформации образцов и изделий любого раз­ мера; последний определяется лишь габаритами штатива или подобного приспособления. Эти индикаторы позволяют сравни­ тельно просто измерять деформации усадки и набухания различ­ ных искусственных строительных материалов с момента их фор­ мирования.

Подобный прибор может применяться и для измерения де­ формаций в процессе твердения при повышенных температурах, но при атмосферном давлении. В этом случае во втулки формы вставляются кварцевые толкатели, которые и передают линей­ ные деформации материала индикаторам, закрепляемым вне тепловой камеры.

Особые трудности при измерении деформаций усадки и набу­ хания встречаются в случае проведения этих определений для материалов в процессе твердения при повышенных температу­ рах, например при запаривании в пропарочных камерах и авто­ клавах. Для измерения деформаций материалов в автоклаве применяется устройство, состоящее из системы рычагов для пе­ редачи деформаций и оптической системы для взятия отсчетов.

В настоящее время приборами типа часового индикатора пользуются и при определении расширения тампонажных цементов в процессе их твердения. Как уже указывалось, эти приборы позволяют определять расширение и только при атмос­ ферном давлении. При измерении деформаций образцов, твер­ деющих в условиях высоких температур и давлений, образцы извлекаются из автоклавов и после замеров длины вновь погру­ жаются в автоклавы. Этот метод является очень трудоемким и не позволяет получить истинную деформацию, происходящую при твердении цемента в условиях высоких температур.

Определенные работы по созданию прибора для измерения контактного давления, развиваемого при расширении цемента, проведены в институте ВНИИКРнефть под руководством А. И. Булатова. Авторами совместно с В. И. Петерс и В. В. Ивановым были разработаны приборы и методика определения расшире­ ния цемента в процессе твердения в условиях высоких темпера­ тур и давлений.

Прибор для определения коэффициента

объемного расширения вяжущих веществ

при давлениях до 1000 кгс/см2 и температурах до 200°С

ч

Общий вид и принципиальная схема прибора приведены на рис. 4. Принцип действия прибора основан на дистанционном из­ мерении перемещения поршневого устройства 19, создаваемого цементным раствором при его объемном изменении в процессе твердения в стакане, помещенном в автоклав. Поршневое уст­ ройство через кулачок 18 производит линейное перемещение

53