содержание      ..     5      6      7      8     ..

ЦЕМЕНТИРОВАНИЕ БУРОВЫХ СКВАЖИН (2003 год) - часть 7

Водоотделение тампонажного раствора является результатом оседания твердых частиц в его составе под действием сил гравитации. Водоотдача, как условная характеристика тампонажного раствора, заключается в отделении фильтрата в проницаемую среду под действием гидростатического давления и является результатом наличия свободной воды, не связанной силами поверхностного натяжения, гидратации и др. Как отмечалось выше, оба явления происходят по причине отсутствия связи свободной воды с поверхностями цементных частиц и могут быть источниками серьезных осложнений в скважине при цементировании.

Основным методом регулирования, то есть снижения как во-доотделения, так и водоотдачи, является обработка тампонажных растворов с целью обеспечения этой связи различными добавками. Наиболее простым способом снижения водоотдачи или водо-отделения тампонажных растворов является введение в сухом виде к цементу или в жидкость затаорения бентонитового глино-порошка. Причем, в последнем случае достаточно 3-6 % глино-порошка для образования коллоидной среды, способной удерживать цементные частицы во взвешенном состоянии до наступления схватывания цементного раствора

К числу полимерных и прочих добавок, снижающих водоотдачу, относятся КМЦ, КССБ, гипан, окзил и др.

Реагенты выбирают в зависимости от конкретных условий цементирования, учитывая при этом влияние их на другие свойства тампонажного раствора.

Наиболее низкие значения водоотдачи тампонажного раствора достигаются при введении комбинированных добавок. Так, применение глинопорошка в сухом виде до 25 % и гипана, введенных в жидкость затворения, дают наибольший эффект при регулировании водоотдачи.

Об этом свидетельствуют результаты проведенных испытаний [3], изложенные в следующей табл.36.

РЕГУЛИРОВАНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТАМПОНАЖНЫХ РАСТВОРОВ

Реологические свойства тампонажного раствора, главным образом, регулируют с целью получения турбулентного режима потока при заполнении им заколонного пространства, добиваясь при этом наименьших гидропотерь и сокращения энергозатрат на нагнетание растворов в скважину.

Для уменьшения значений основных параметров реологической характеристики (структурной вязкости и динамического напряжения сдвига) тампонажные растворы подвергают обработке реагентами - пластификаторами, учитывая при этом их влияние на другие свойства тампонажного раствора. Наиболее часто применяемыми пластификаторами являются ССБ, КССБ, окзил, НССБ и др.

Сульфит спиртовая база — ССБ является высокоэффективным пластификатором также для высоковязких цементно-глинистых растворов. Недостатком этого реагента является интенсивное вспенивание при увеличенных дозах. Для предупреждения сильного вспенивания тампонажные растворы обрабатывают нитрованной ССБ - НССБ, которая не имеет этрго недостатка.

Данные характеристики некоторых реагентов пластификаторов помещены в табл. 37.

В мировой практике цементирования скважин применяют различные добавки и реагенты, выпускаемые и маркированные ведущими фирмами США, осуществляющими цементировочный сервис.

Методы их применения различны. Некоторые вещества могут быть смешаны с цементом в сухом виде с заданным соотношением компонентов или вводиться в жидкость затворения.

Перечень основных материалов, применяемых за рубежом для регулирования свойств тампонажных растворов, приведен в табл. 38.
При необходимости эти вещества могут бьггь применены в комбинации из двух или трех реагентов. Так, например, понизитель водоотдачи фирмы Halliburton-Halad-9 повышает вязкость тампонажного раствора до нетекучести. При использовании его в сочетании с пластификатором CFR-2 в равных дозах, от 0,3 до 0,5 % раствор приобретает достаточную подвижность, выраженную растекаемостью в 21-23 см. Влияние на водоотдачу пластификатор CFR-2 практически не оказывает (она остается прежней и составляет 90 см3 за 30 минут при давлении 0,7 МПа). 

Учитывая высокие требования к качеству тампонажных растворов, которое является одним из основных факторов, обеспечивающих надежность крепи скважины, технология их приготовления требует выполнения ряда условий, наиболее важными из которых являются следующие:

- необходимая производительность приготовления всего расчетного объема, обеспечивающая своевременное заполнение им заколонного пространства;

- соответствие свойств приготавливаемого при цементировании скважины раствора свойствам его образцов, полученных в лаборатории при выборе рецептуры;

- обеспечение однородности параметров тампонажного раствора по всему объему.

Для получения тампонажных растворов с необходимыми свойствами по заключению американских специалистов (фирма Dowell Schlumberger) удельный расход энергии на приготовление всего расчетного объема должен соответствовать удельному расходу энергии при заготовке образцов растворов в лаборатории.

Процесс приготовления тампонажного раствора, как правило, должен включать дополнительную обработку его с целью устранения нежелательных эффектов, сопутствующих затворению цемента, таких как вспенивание, флокуляция, седиментация и т.д. Кроме этого, для улучшения свойств тампонажного раствора из лежалых цементов применяют различные методы его активации: механический, гидравлический или термический.

Методы и технические средства для приготовления и обработки тампонажных растворов весьма разнообразны и выбираются в зависимости от местных условий цементирования.

В широкой практике цементирования скважин основным методом приготовления тампонажных растворов является затворе-ние цемента гидровакуумным смесителем с одновременным нагнетанием их в скважину. Существенное повышение требований к качеству тампонажных растворов потребовало применения различных технических устройств для обеспечения однородности их свойств, так называемых осреднительных емкостей, использование которых позволило решить проблему лишь частично, так как большой разброс значений плотности приготавливаемого раствора таким методом не исключал их колебаний по всему расчетному объему. Очередным этапом совершенствования методов приготовления тампонажных растворов явилось применение рециркуляционных мешалок с автоматическим регулированием плотности, которые начали выпускать ведущие фирмы США в конце 60-х годов. В порядке совершенствования этих мешалок их стали комплектовать осреднителъными модулями емкостью 2, а затем 4 м3, что позволило сократить колебания плотности приготавливаемого раствора до ±0,1-0,2 г/см3. Но и этого было недостаточным для получения растворов в полной мере соответствующих повышенным требованиям цементирования.

В конечном итоге зарубежные специалисты - цементиров-щики пришли к выводу, что наиболее эффективным методом приготовления тампонажных растворов, обеспечивающим требуемое их качество в соответствии с условиями цементирования, является порционный метод приготовления тампонажных растворов с накоплением и надлежащей обработкой всего его расчетного объема до нагнетания в скважину [21-1-25].

При отсутствии возможности заготовить предварительно весь расчетный объем, его делят на определенные порции, которые готовят и нагнетают в скважину поочередно.

Каждый из упомянутых методов приготовления тампонажных растворов выбирают в зависимости от условий цементирования, определяющих соответствующие требования к качеству раствора, а также от технической возможности служб, обеспечивающих цементировочный сервис.

В отечественной и зарубежной практике цементирования, в основном, нашли применение цементосмесительное оборудование и устройства следующих типов:

- гидровакуумные смесители с накопительной воронкой;

- цементосмесительные установки с накопительными бункерами, оборудованные дозирующими шнеками;

- рециркуляционные мешалки различных конструкций и систем (главным образом в США);

- смесительно-осреднителъные установки;

- порционные смесительные установки с лопастными мешалками;

- фрезерно-струйные мельницы.

Наиболее распространенным смесительным устройством является гидровакуумный смеситель, который способен готовить растворы автономно (при наличии накопительной воронки) или в составе различных установок и мешалок.

Гидровакуумный смеситель представляет собой аппарат-эжектор. Работая с неупругими средами (цемент, вода), такие аппараты называют струйными насосами.
На базе расчетных данных приведенной выше характеристики выбирают рабочие параметры гидровакуумных смесителей и режимы их работы для различных условий. 

Основным видом оборудования для приготовления тампонажных растворов являются смесительные установки различных модификаций, которые отличаются методом доставки на буровые и способом подачи цемента в смеситель.

К первым относятся самоходные смесительные установки УС6-30 (рис. 73), базирующиеся на шасси несущих автомобилей, и стационарные (рис. 77), смонтированные на санях, доставляемые на буровые различными транспортными средствами соответствующей грузоподъемности, включая вертолет МИ6. Технические характеристики этих установок описаны в табл. 41, а режимы работы - в табл.42.

По способу подачи цемента в смеситель установки различаются на механические и пневматические. К последней модели относится установка УС5-30 (рис. 76), выпускавшаяся заводом «Полимермаш» г. Бахмач (Украина).

В механических самоходных установках в качестве несущего шасси используют две марки автомобилей: КрАЗ-65101 (КрАЗ-65053) или Урал-4320. 

Рис. 77. Установка смесительная механическая 1 СМРг-20



Независимо от типа несущего шасси и метода доставки на буровые, кинематическая схема установок аналогична и каждая из них укомплектована гидровакуумным смесителем одного типа. В связи с этим режимы работы установок при затворении цемента можно выбирать по данным табл. 41, независимо от модификации механических установок.

Таблица 41
Технические характеристики смесительных мехашпеских установок, выпускаемых фирмой «ЭСКОРТ - производство

оборудования» (г. Новочеркасск)

содержание      ..     5      6      7      8     ..