Способы и технологии цементирования скважин

Как правило, завершающим этапом бурения скважин является их цементирование. Оттого насколько профессионально будет проведён этот процесс, зависит качество и надёжность всей конструкции. Главная цель этого мероприятия — полное замещение бурового раствора на цементный аналог, который ещё называют тампонажной смесью. После замены растворов его оставляют на определённый промежуток времени для того, чтобы он застыл, и превратился в цементный монолит. На сегодняшний день разработано несколько способов эффективного цементирования скважин, при этом одному из них, самому распространённому, уже больше ста лет. Этот метод называется — одноцикловый способ прямого цементирования обсадной колонны. И до сих пор эта технология с некоторыми усовершенствованиями применяется буровиками во всём мире.

Подготовительные мероприятия и заливка раствора

Перед началом работ, связанных с цементированием скважины, нужно составить план их проведения, который должен базироваться на точных расчётах. Также в нём должны быть учтены свойства грунта, протяжённость интервала скважины, который необходимо укрепить, состояние ствола и особенности его конструкции. При составлении расчётов можно опираться на имеющиеся данные после проведения подобных работ в этом районе, если таковые проводились.

Цементирование скважины происходит так:

• подготавливается тампонажная смесь;
• осуществляется подача готового раствора в скважину;
• цементирующая смесь заполняет свободное пространство вокруг обсадной трубы для скважин;
• раствор оставляется на определённый промежуток времени для полного застывания;
• степень застывания тампонажного раствора проверяется специальными устройствами.

Технология цементирования

Есть два варианта подачи раствора в пространство вокруг обсадной трубы — прямой и обратный способ. Их главное отличие заключается в технологии заливки цемента:

• прямой способ закачки тампонажного раствора в пространство вокруг обсадной трубы подразумевает подачу цементной смеси сверху вниз. Таким образом, она опускается на дно скважины под тяжестью своего веса и заполняет все пустоты. Такой метод считается наиболее простым и эффективным;
• обратный метод подачи смеси выглядит несколько иначе. Смесь заливается прямо в обсадную трубу, на дне которой установлена пробка или диафрагма. Затем происходит продавливание раствора специальной жидкостью, которая подаётся под высоким давлением, и цементирующий раствор проходит снизу вверх.

Во время бурения скважин в промышленных масштабах наиболее востребованным является прямой метод подачи цементного раствора, так как он не требует больших затрат. При этом весь процесс заливки может иметь один цикл, а необходимый объём раствора подаётся сразу. В очень глубоких скважинах используется двухступенчатое цементирование. Такой процесс проходит несколькими этапами на отдельных участках скважины.

Реже всего используется манжетный метод, поскольку он очень затратный. В этом случае часть ствола закрывается манжетой, которая уберегает его от проникновения цементирующего раствора, а также с его помощью происходит изоляция участка, находящегося в районе продуктивного пласта.

Также при выборе метода подачи раствора необходимо принимать во внимание то, что в итоге нам необходимо получить такие результаты:

• тампонажный цемент должен абсолютно заполнить всё пространство между трубой и стенами скважины, поскольку наличие воздушных карманов при создании конструкции не допускается. Готовое покрытие должно иметь превосходное сцепление со всеми типами поверхностей;
• после полного застывания смеси образуется цементный камень. В процессе эксплуатации скважины он должен выдерживать воздействие грунтовых вод, а также хорошо переносить значительные нагрузки, возникающие на большой глубине под давлением земляных пород;
• вся промывочная жидкость из участка проведения работ должна быть полностью устранена, поскольку её наличие в готовом массиве является браком.

Виды оборудования

Список оборудования, необходимого для проведения такого вида работ состоит из таких типов оборудования, как:

• цементировочные агрегаты, используемые для изготовления цементной смеси, а также для её подачи в скважину под высоким давлением;
• бетономешалки, которые необходимы для изготовления большого количества тампонажного раствора;
• специальная насадка, которая необходима для промывки ствола скважины для того, чтобы потом зацементировать её стенки;
• заливочные пробки могут понадобиться при необходимости многоэтапного способа цементирования;
• а также краны высокого давления, различные шланги, устройства для равномерного распределения цементной смеси.

Для того чтобы тампонажный процесс прошёл успешно, необходимо использовать только качественные материалы, а также следовать всем инструкциям и требованиям, которые являются неотъемлемой частью этого процесса. Все мероприятия должны выполняться квалифицированными рабочими.

Наша продукция

Технология затрубной цементации скважин. Как цементируют скважины

Некоторые конструкции скважин и условия бурения требуют цементации скважин, точнее затрубного пространства между обсадной колонной и грунтовой стенкой скважины. Цементация призвана укрепить скважину, повысить уровень герметизации, в результате — продлить срок службы водозаборной системы.

Как цементируют скважину?

Для цементации скважины используется тампонажный раствор. В отличие от бурового раствора, облегчающего процесс бурения, тампонажный раствор превращается в твердое тело. Благодаря этому обсадная колонна крепится к стенка скважины. Такое техническое решение делает во много раз прочнее всю конструкцию.

Известно несколько методов цементации, каждый из которых содержит следующие основные этапы:

• приготовление тампонажного раствора
• подача раствора в затрубное пространство одним из способов
• твердение тампонажной смеси
• проверка качества тампонажа

тампонажный цемент

Учитывая важность и высокую сложность предстоящего процесса, перед началом тампонирования обязательно составляется схема будущих работ. Схема составляется с учетом конструкции скважины, характеристик грунта, в котором было произведено бурение, протяженности участка тампонирования, марка тампонажного раствора и многое другое. Все параметры обязательно проверяются инженерным расчетом, так как неправильно сделанное тампонирование способно навсегда вывести скважину из строя и тогда уже придется применять ликвидационное тампонирование, цель которого защита водоносного горизонта от загрязнений с поверхности и из промежуточных геологических слоев. Кроме теоретических расчетов всегда учитывается опыт тампонирования скважин, проведенный в сходных условиях. Кроме упрочнения и герметизации скважины цементация позволяет удалить буровой раствор, смесь раствора с буровым шламом и другие жидкости (например, промывочную жидкость) из затрубного пространства.

Как тампонажный раствор попадает в скважину?

Цементировочная смесь может быть доставлена в затрубное пространство скважины несколькими способами, для чего используется различное оборудование.

Прямая подача

Тампонажный раствор подается непосредственно внутрь обсадной колонны. Далее смесь через нижнюю часть скважины — так называемый башмак — проникает в затрубное пространство и заполняет его, поднимаясь между внешней поверхностью обсадной колонны и грунтовой стенкой выработки. Чаще всего используется прямая подача цементировочной смеси.

цементация скважины с двумя пробками

Для контроля положения массы тампонажного раствора применяют две пробки. Находясь между этими пробками раствор опускается внутри обсадной колонны до нижней части скважины. Затем в колонну под давлением закачивается жидкость, которая давит на верхнюю пробку, которая в свою очередь как поршень передает давление тампонажному раствору и раствор через нижнюю часть скважины попадает в затрубное пространство. Существует более простой вариант затрубной цементации скважины с использованием одной пробки. Давление жидкости контролируется по манометру.

цементация затрубного пространства завершена

Обратная подача

При обратной подаче тампонажный раствор сначала попадает в затрубное пространство, опускаясь снаружи вдоль обсадной колонны.

Одноступенчатое цементирование

При одноступенчатом цементировании весь объем тампонажного раствора доставляется за один цикл. Например, так происходит при цементировании скважины с помощью одной или двух пробок с прямой подачей раствора.

Одноступенчатое цементирование

При одноступенчатом цементировании весь объем тампонажного раствора доставляется за один цикл. Например, так происходит при цементировании скважины с помощью двух пробок с прямой подачей раствора.

Двухступенчатое цементирование

пакеры для двухступенчатого и манжетного цементирования

Данный вид цементирования сложнее в реализации и применяется при большой глубине скважины. Большая глубина увеличивает сопротивление, что затрудняет продавливание вязкого тампонажного раствора вдоль всей скважины за один проход. Потребовалось бы слишком высокое давление, что не всегда можно использовать без риска нарушить конструкцию скважины или характеристики геологических слоев в результате поглощения цементирующего раствора. Для компенсации большой глубины скважины используется метод манжетного цементирования. Манжеты ограничивают продвижение тампонажной смеси, организуя отдельные цементные кольца в затрубном пространстве, защищают продуктовый пласт от попадания смеси, позволяют цементировать скважину отдельными участками.

Оборудование для цементирования скважины

Какое оборудование понадобится для проведения цементации скважины?

• смесительная установка для приготовления тампонажного раствора и других технологических жидкостей
• цементировочный насос, задача которого нагнетать тампонажную смесь в скважину и продавить ее при определенном давлении
• насосная установка для нагнетания в скважину рабочих жидкостей
• цементировочная головка
• муфта ступенчатого цементирования
• гибкие стальные шланги

оборудование для затрубной цементации скважины

Советы буровиков

Состав тампонажного раствора подбирается в зависимости от структуры и свойств геологических слоев, в которых пробурена скважина. Плотность затрубной цементации можно повысить, если использовать раствор, который увеличивается в объеме. Если порода пористая, с высоким коэффициентом поглощения, то обычный раствор использовать нельзя, так как неизбежен его перерасход. Вместо заполнения затрубного пространства тампонажная смесь под давлением будет уходить в стороны от скважины. В такой ситуации рекомендуется применять тампонажный раствор с волокнистым наполнителем. В качестве наполнителя могут выступать многие натуральные или искусственные волокносодержащие материалы.

Перед цементацией затрубного пространства скважины не только выбирается тампонажный раствор и метод цементации, но также проверяется все оборудование в условиях максимального рабочего давления и производительности при подаче смеси.

Предварительно скважина и затрубное пространство должны быть промыты водой для очистки от шлама, оставшегося после бурения. Без промывки крупные куски породы, оставшиеся после бурения, помешают равномерному заполнению объема тампонажным раствором, что в будущем может привести к повреждению конструкции скважины.

Цементирование обсадной колонны — Что такое Цементирование обсадной колонны ❔

Цементирование обсадной колонны — одна из самых ответственных операций, от успешности которой зависит долговечность и дальнейшая нормальная эксплуатация скважины. 
Цементирование  — закрепление обсадной колонны на стенке ствола скважины и отсечение избыточных флюидов от попадания в ствол скважины посредством нагнетания цементного раствора по обсадной трубе и вверх по кольцевому зазору.
Это процесс закачивания тампонажного раствора в пространство между обсадной колонной и стенкой скважины.
Способ цементирования выбирают в зависимости от вида колонны, спущенной в пробуренный ствол (сплошной или хвостовика).
 

Рис 1. Схема этапов выполнения 1- циклового цементирования обсадной колонны:I — начало подачи цементного раствора в скважину, II — подача закачанной порции цементного раствора по обсадной колонне, III — начало продавки в затрубное пространство, IV — окончание продавки; 

1 — манометр,  2 — цементировочная головка, 3 — верхняя пробка,  4 — нижняя пробка,  5 — цементируемая обсадная колонна,  6 — стенки скважины,  7 — стоп-кольцо, 8 — продавочная жидкость, 9 — буровой раствор, 10 — цементный раствор.

Одноступенчатое цементирование. 
После окончания спуска сплошной эксплуатационной колонны в процессе подготовки скважины к цементированию:

• колонну обсадных труб периодически расхаживают,
• непрерывно промывают скважину для предотвращения прихвата колонны, 
• башмак ее устанавливают на 1-2 м выше забоя, 
• устье оборудуют цементировочной головкой,
• закачивают расчетный объем цементного раствора.

Прокачав расчетное количество цементного раствора, отвинчивают стопорные болты на цементировочной головке и закачивают расчетное количество продавочного бурового раствора. 
Как только заливочная (нижняя) пробка дойдет до упорного кольца — стоп, наблюдается резкий подъем давления, так называемый удар. 
Давление повышается на 4 – 5 МПа.
Под его воздействием диафрагма, перекрывающая канал в нижней пробке, разрушится.  
После разрушения диафрагмы раствору открывается путь в затрубное пространство.
Когда до окончания продавки остается 1 – 2 м³ продавочной жидкости, интенсивность подачи резко снижают. 
Закачку прекращают, как только обе пробки (верхняя и нижняя) войдут в контакт, что определяется по резкому повышению давления на цементировочной головке. 
В обсадной колонне под упорным кольцом остается некоторое количество раствора, образующего стакан высотой 15 – 20 м. 
Если колонна оснащена обратным клапаном, можно приоткрыть краны на цементировочной головке и снизить давление.
На этом процесс цементирования заканчивается. 
Краны на головке закрывают, и скважину оставляют в покое на срок, необходимый для твердения цементного раствора.
При цементировании неглубоких скважин с небольшим подъемом раствора за колонной в качестве продавочной жидкости применяют обычную воду.

Многоступенчатое цементирование
Многоступенчатое цементирование — цементирование нескольких горизонтов (интервалов) пласта за обсадной колонной скважины с использованием соединений с отверстиями.
При этом, обсадная колонна на разных уровнях оснащена дополнительными приспособлениями (заливочными муфтами), позволяющими подавать тампонажный раствор в затрубное пространство поинтервально на разной глубине. 

Распространено 2-ступенчатое цементирование — раздельное последовательное цементирование 2^х интервалов в стволе скважины (нижнего и верхнего).
 
Преимущества в сравнении с 1 — ступенчатым:

• позволяет снизить гидростатическое давление на пласт при высоких уровнях подъема цемента, 
• существенно увеличить высоту подъема цементного раствора в затрубном пространстве без значительного роста давления нагнетания; 
• уменьшить загрязнение цементного раствора от смешения его с промывочной жидкостью в затрубном пространстве; 
• избежать воздействия высоких температур на свойства цементного раствора, используемого в верхнем интервале, что позволяет эффективнее подбирать цементный раствор по условиям цементируемого интервала. 

Рис. 2 Заливочная муфта для ступенчатого цементирования: 
а — при цементировании первой ступени,  б — при цементировании второй ступени; 
1 — корпус, 2 — верхнее седло, 3 — верхняя втулка, 4 — заливочные отверстия, 5 — нижнее седло, 6 — нижняя втулка

Для проведения 2-ступенчатого цементирования в обсадной, колонне на уровне, соответствующем низу верхнего интервала, устанавливают специальную заливочную муфту (рис. 2).

Подготовку скважины аналогична 1- ступенчатому цементированию. 
После промывки скважины и установки на колонну цементировочной головки приступают к закачке 1^й порции цементного раствора, соответствующей цементируемому объему 1^й ступени. Закачав нужный объем цементного раствора, в колонну вводят верхнюю пробку 1^й ступени, которая проходит через заливочную муфту (рис. 2, а). 
Продавочной жидкостью вытесняют раствор в затрубное пространство.

После закачки объема продавочной жидкости, равного внутреннему объему обсадной колонны в интервале между заливочной муфтой и упорным кольцом, освобождают находящуюся в цементировочной головке нижнюю пробку 2^й ступени. 
По достижении заливочной муфты, пробка садится во втулку, резко понижая давление нагнетания, но под давлением смещает ее вниз, открывая сквозные отверстия в муфте (рис. 2, б). .

При использовании способа непрерывного цементирования, тампонажный раствор для цементирования второй ступени закачивают тотчас за нижней пробкой второй ступени.
2-ступенчатое цементирование с разрывом — после открытия отверстий в заливочной муфте возобновляют циркуляцию бурового раствора, а тампонажный раствор 2^й ступени подают в скважину спустя некоторое время, к примеру, после схватывания раствора 1^й порции.

Цементирование хвостовика. 
После промывки ствола скважины на устье ее устанавливают цементировочную головку, в которую вставляют верхнюю секцию разделительной заливочной пробки.
Закачивают расчетное количество цементного раствора, который продавливают буровым раствором или водой. 
Когда раствор будет продавлен в объеме, равном внутреннему объему бурильных труб, верхняя секция пробки войдет в нижнюю и перекроет отверстия кольца. 
При этом давление в бурильных трубах резко возрастет. 
Шпильки, удерживающие нижнюю секцию в переводнике, срезаются, и обе секции, как одно целое, перемещаются вниз по хвостовику до резкого подъема давления. 
После этого колонну необходимо посадить на забой, и путем вращения инструмента по часовой стрелке освободить бурильные трубы с переводником от хвостовика и вымыть излишек цементного раствора. 
Через 16-20 часов следует определить высоту подъема цемента за колонной, оборудовать устье скважины, испытать колонну на герметичность и перфорировать в интервале продуктивного пласта.
Заключительный этап процесса восстановления скважины методом зарезки и бурения 2^го ствола — испытание эксплуатационной колонны на герметичность, перфорирование отверстий против продуктивного горизонта и освоение скважины (вызов притока нефти или газа из пласта).

Цементирование скважины: способы, оборудование, цементаж затрубного пространства

Завершающим этапом строительства скважин является укрепление обсадного ствола.

Чтобы предотвратить возможное повреждение конструкции вследствие негативного воздействия подземных вод, солей металлов и коррозий, предусмотрено цементирование скважин. В этом случае качество проведенных работ может повлиять на общий срок службы готового сооружения.

Необходимость цементирования скважин

Цементация скважины – технологический процесс, направленный на замещение бурового состава заполняющим цементным раствором. Для этого он вводится в затрубное пространство скважины, превращаясь в монолит после полного затвердения.

Технология цементирования требует наличия особых знаний, навыков и привлечения специализированной техники. Частные скважины можно тампонировать самостоятельно, это позволит сэкономить семейный бюджет и получить необходимый практический опыт.

Цементирование гидросооружения позволяет решить следующие задачи:

• обеспечить износостойкость и долговечность конструктивных элементов скважины,
• защитить водозаборный ствол от негативного воздействия подземных вод и верховодок,
• укрепить колонну, защитить от разрушения и коррозии, увеличить срок службы источника,
• удалить образовавшиеся пустоты, зазоры и трещины, через которые в воду могут проникать загрязняющие элементы,
• заполнить пространство вокруг колонны тампонажным укрепляющим раствором.

Качество водного источника и технические особенности гидросооружения напрямую зависят от того, насколько правильно был проведен цементаж.

Технологический процесс цементирования гидросооружений

Цементирование скважины предусматривает поэтапное выполнение следующих работ:

• замешивание раствора для тампонажа затрубного пространства,
• подача состава к гидросооружению,
• закачивание смеси в пространство вокруг обсадной трубы,
• затвердевание заполняющего раствора,
• проверка полученного результата после завершения работ.

До начала проведения тампонажных работ рекомендуется выполнить все необходимые расчеты на основе геологических изысканий, учитывая протяженность ствола, который требует цементирования, эксплуатационные параметры конструкции, а также ее техническое состояние.

Кроме того, каждый отдельный этап работ требует применения специализированной техники и оборудования.

Типы спецоборудования для проведения тампонажа

В основной перечень технического оснащения для проведения работ включено следующее оборудование для цементирования скважин:

• устройства для подачи цементного состава и его проталкивания в гидросооружение под высоким давлением,
• агрегаты для замешивания цементной смеси,
• головка для прочистки водозаборного ствола с последующим цементированием стен,
• пробивные пробки для заливки цемента (используются при двухступенчатой системе тампонажа),
• крановые установки высокого давления,
• металлические шланги на гибкой основе,
• агрегаты для распределения цементной смеси.

Доступные способы цементирования скважин предусматривают единый принцип работы – подачу и распределение заполняющего раствора в затрубном пространстве. Правильный выбор технологии тампонажа определяется типом почвы, глубиной сооружения, материалом труб для обсадной колонны, климатическими и геодезическими условиями местности.

Цементация скважины проводится следующими способами:

• одноступенчатым (сплошным),
• двухступенчатым,
• манжетным.

Одноступенчатая (сплошная) система цементирования

Для быстрого и надежного укрепления обсадных стволов частных гидросооружений применяется сплошная система подачи смеси. Одноступенчатое цементирование скважин предусматривает закачку цементного состава в пространство вокруг трубы под высоким давлением при помощи спецоборудования, установленного на основу автосредства или вблизи сооружения.

Раствор для тампонажа под собственным весом направляется к башмачному основанию колонны, тем самым заполняя все имеющиеся полости.

Перед началом работ осуществляется тщательная промывка водозаборного ствола, далее устанавливается специальная пробка – ограничитель. Бетононасос осуществляет подачу смеси, под тяжестью которой пробка опускается на башмачное основание.

После завершения закачки цемента закладывается еще одна пробка и выполняется трамбовка смеси до тех пор, пока обе пробки не упрутся друг в друга. Это гарантирует полное заполнение раствором пространства вокруг трубы.

Для трамбовки смеси используется бетононасос, оснащенный вибропрессом. Полное затвердение цемента наступает через 48 часов.

Сплошное цементирование используется для мелких скважин правильной конфигурации. Недостатком можно считать сложность проведения контроля над качеством трамбовки залитой цементной смеси.

Система двухступенчатого цементирования

Подобная система разработана для глубоких скважин, используемых в тяжелой промышленности. Она требует применения специализированного и дорогостоящего оборудования (мощных бетономешалок и насосов), для обустройства частных питьевых скважин используется редко.

Двухступенчатое цементирование скважин применяется:

• когда цементная смесь застывает достаточно быстро, что не позволяет выполнить тампонаж за один рабочий цикл,
• когда необходимо заполнить два отдельных участка в пространстве за обсадной трубой, расположенных на значительном расстоянии друг от друга,
• когда скважина глубокая и все работы по тампонажу невозможно выполнить за один рабочий цикл.

При других условиях использование двухступенчатой системы тампонажа нерационально и экономически не обосновано.

Принцип работы заключается в подаче цементной смеси в обсадную колонну в два этапа. Первая часть цемента закачивается и сразу проталкивается, воздействуя на нижнюю пробку. Вторая часть подается только после полного застывания первой части.

Цементирование с использованием манжета

Подобный способ тампонажа гидросооружений применяется в случае, когда требуется укрепление верхней части конструкции. При этом следует определить, какой высоты должен быть цементный стакан – пространство в обсадной колонне, подвергающееся цементированию.

Подобный уровень определяется монтажом манжета, когда нижняя часть конструкции защищается специальной вставкой, чтобы предотвратить проникновение раствора вглубь. Закачка цемента проводится по схеме, аналогичной сплошному цементированию.

Манжетное тампонирование применяется для скважин, верхняя часть конструкции которых обустроена в песчаниках, а нижняя – в глинистых почвах.

Важно! Чтобы регулировать показатели пластичности и сроки застывания смеси для тампонажа, при замешивании рекомендуется добавлять в состав пластификаторы и прочие корректирующие элементы. Это упростит заполнение затрубного пространства и сократит время на тампонаж скважины.

Цементирование гидросооружения напрямую зависит от качества материалов, оборудования и квалификации специалистов, привлеченных для решения подобной задачи.

Загрузка…

Способы первичного цементирования — Студопедия

Первичное цементирование осуществляется сразу же после спуска обсадной колонны. Цель цементирования заключается в разобщении пластов друг от друга, повышении устойчивости стенок скважины, защите обсадной колонны от смятия и коррозии и т.д. Существуют одноступенчатый, многоступенчатый, манжетный и обратный способы цементирования.

Сущность одноступенчатого цементирования заключается в следующем. Тампонажный раствор цементировочными агрегатами подается на цементировочную головку. Отсоединяют нижнюю пробку, и расчетное количество раствора тампонажного закачивают в колонну. После закачки освобождают верхнюю разделительную пробку и поверх нее закачивают продавочную жидкость. Нижняя пробка, двигаясь вниз, садится на упорное кольцо. Под действием перепада давления диафрагма в пробке разрушается, и раствор через отверстия в башмаке и башмачном патрубке продавливается в заколонное пространство. Т. к. плотность тампонажного раствора выше чем плотность промывочной жидкости, то, начиная с этого момента времени давлениена насосах начинает расти. В момент посадки верхней пробки давление резко (скачкообразно) растет. Это является сигналом остановки насосов. Чтобы не произошло нарушений в колонне в момент «стоп» рекомендуется закачку последней порции продавочной жидкости вести на низкой скорости. Если колонна оборудована обратным клапаном, то давление стравливается. При стравливании вытекает небольшое количество продавочной жидкости. После этого кран на головке закрывают и следят за избыточным давлениям в колонне, которое не должно превышать допустимого.

Двухступенчатое цементирование осуществляется двумя способами с разрывом во времени и без разрыва во времени.

В первом случае сначала закачивают первую порцию тампонажного раствора в количестве, необходимом для заполнения затрубного пространства от башмака до цементировочной муфты. Закачку производят через башмак. Освобождают разделительную пробку и закачивают продавочную жидкость в объеме равном объему колонны от упорного кольца до цементировочной муфты. Затем освобождают вторую разделительную пробку и поверх нее снова закачивают продавочную жидкость. Первая пробка проходит через цементировочную муфту. ‘Вторая же пробка садится на нижнюю втулку муфты и перекрывает проходной канал. Так как нагнетание жидкости продолжается, то давление возрастает, шпильки удерживающие втулку срываются и последняя перемешается вниз, открываются отверстия, через которые продавочная жидкость выходит в заколонное пространство. Промывают верхний интервал до тех пор, пока не затвердеет тампонажный раствор в нижнем интервале. После чего закачивают вторую порцию цементного раствора и спускают верхнюю разделительную пробку. Закачивают, продавочную жидкость. Ее объем равен объему колонны от муфты до цементировочной головки. Верхняя пробка садится на верхнюю втулку муфты, сдвигает ее вниз до упора и тем самым перекрывает отверстия.

Ступенчатое цементирование с разрывом во времени целесообразно применять:

— если при одноступенчатом способе не возможно избежать поглощений;

— если вскрыт пласт с АВПД;

— если для одноступенчатого цементирования требуется одновременное участие большого количества техники.

Недостатком данного способа является большой разрыв во времени между цементированием нижнего участка и. верхнего.

Последовательное ступенчатое цементирование осуществляется аналогично, только в следующей последовательности: первая порция тампонажного раствора, нижняя пробка, первая порция продавочной жидкости, вторая разделительная пробка, вторая порция тампонажного раствора, третья разделительная пробка, продавочная жидкость.

Этот способ целесообразно применять:

— когда мощность цементировочных насосов недостаточна для проведения операции в один прием;

— когда необходимо использовать тампонажные материалы с различными физико-механическими свойствами;

— когда отсутствует достаточное количество агрегатов для осуществления операции в один прием.

Недостаток этого способа — более высокие давления на пласт и стенки скважины, чем при цементировании с разрывом во времени.

При использовании одного из указанных способов ступенчатого цементирования должны быть соблюдены следующие требования:

— обеспечение превышения давления составного столба буферной жидкости, бурового и тампонажного растворов над пластовым не менее чем на 10-15 кгс/см² с учетом снижения давления столба тампонажного раствора в период ОЗЦ до гидростатического жидкости, затворения;

— обеспечить величины общего давления, действующего на пласты в цементируемом интервале на 10-15 % ниже давления, вызывающего их гидроразрыв или поглощение;

— обеспечение окончания процесса цементирования в сроки, регламентируемые подобранной рецептурой тампонажного раствора.

Манжетное цементирование обсадных колонн рекомендуется применять в случаях необходимости полного исключения воздействия тампонажных растворов на продуктивные пласты.

Манжетное цементирование. При этом способе в оснастку низа обсадной колонны включают цементировочную муфту, а на наружной поверхности укрепляют манжету в виде воронки. При закачке расчетного количества тампонажного раствора последний отделяют от промывочной и продавочной жидкостей двумя разделительными пробками так же, как вторую порцию при последовательном ступенчатом цементировании. Первая для открытия, вторая для закрытия муфты. Манжета служит для предотвращения попадания раствора в зону фильтровой части обсадной колонны.

Обратное цементирование. В этом случае обсадная колонна спускается без обратного клапана и упорного кольца, а устье оборудуется головкой с кранами высокого давления и лубрикатором, головку соединяют трубопроводом с циркуляционной системой буровой, заколонное пространство скважины герметизируют превентором.

Цементный раствор закачивают непосредственно в заколонное пространство; вытесняемая им промывочная жидкость поднимается вверх по обсадной колонне и через устьевую головку и трубопровод направляется в очистную систему. После того как первая порция тампонажного раствора войдет в башмак колонны, насосы останавливают, краны на устьевой головке закрывают и скважину оставляют в покое на период твердения раствора.

При обратном цементировании на стенки скважины оказывается меньшее давление, достигается полное замещение промывочной жидкости. Однако, качество цементного раствора против башмака хуже вследствие смешения последнего с промывочной жидкостью.

Обратное цементирование целесообразно применять:

— если из-за опасности поглощения одноступенчатое цементирование невозможно;

— при отсутствии достаточного количества техники.

Урок и презентация по теме «Цементирование скважин»

ОГБПОУ Колпашевский социально-промышленный колдедж

Разработка медиаурока

по МДК 01.01 «Технологии бурения нефтяных и газовых скважин»

Разработала: преподаватель Е.В. Байкова

Пояснительная записка

Представленный медиаурок предназначен для изучения материала по МДК 01.01 «Технология эксплуатационного и разведочного бурения», по теме программы «Крепление и цементирование скважин, по теме урока «Способы цементирования скважин», разработан по технологии медиаурока.

Образовательный ресурс выполнен с использованием мультимедийной презентации и видеоролика, включенного в слайдовый материал.

Данный медиаурок решает следующие задачи:

— формирование у будущих молодых специалистов знаний, которые им потребуются как в процессе профессиональной подготовки, так и в дальнейшей трудовой деятельности по избранной профессии;

— повышения интереса у обучающихся к предмету за счет новой формы представления материала;

— приобщение обучающихся к современным информационным технологиям; развитие наглядно-образного мышления.

Особенностью данного урока является его ориентированность на самостоятельную работу обучающихся, практическая направленность, доступность учебного материала, наглядность. Преподаватель выступает в роли консультанта и эксперта усвоения материала по теме. В конце урока обучающиеся тестом с обратной связью проверяют усвоенные знания и выставляют себе самостоятельно оценку.

Планируемый результат:

К концу урока обучающиеся должны знать:

— способы цементирования скважин;

— выбор способа цементирования скважин;

— инструменты, используемые для производства цементирования скважин;

-технологию производства цементирования;

Данный урок учитывает особенности профессиональной деятельности помощника бурильщика эксплуатационного и разведочного бурения скважин на нефть и газ и рассчитан на 45 минут.

План урока

Тема программы: «Крепление и цементирование скважин»

Тема урока: «Способы цементирования скважин»

Тип урока: комбинированный

Программное обеспечение: операционная система Windows, программа для презентаций «PowerPoint».

Используемое оборудование: персональный компьютер, мультимедиапроектор, доска-экран, аудиторная доска,

Демонстрационный материал: мультимедийная презентация, распечатанный раздаточный материал: информационные листы Л1, Л2, Л3, Л4, Л5; тестовые задания Л6; эталон.

Форма организации деятельности учащихся: коллективная, групповая.

Цели:

Учебная – изучить способы цементирования скважин.

Развивающая – развивать логическое мышление и познавательный интерес.

Воспитательная – воспитывать внимательность, самостоятельность и аккуратность.

Методическая цель: совершенствование организации учебного процесса.

Планируемый результат:

К концу урока учащиеся должны:

Знать

1. Способы цементирования скважин;

2. Выбор способа цементирования скважин;

3. Инструменты, используемые для производства цементирования скважин;

4.Технологию производства цементирования;

Время проведения: академический час

Содержательная часть урока:

Время

Приемы, методы

Что делают учащиеся

Что делает преподаватель

Организационный

5

Проверка готовности обучающихся к уроку, объяснение темы урока

Готовятся

Проверяет

Повторение пройденного материала

5

Опрос обучающихся

отвечают

оценивает

Изучение нового материала

25

Объяснение материала с показом слайдов

Слушают внимательно, конспектируют

Рассказывает новый материал

Индивидуальная работа обучающихся с информационными листами

Изучают информационные листы

Контролирует

Разъясняет

Заключительная часть урока

10

Тестирование учащихся, выставляют себе оценки,

сдают тесты

Отвечают на вопросы в тестах, выставляют оценки

Оценивает помогает

Ход урока:

(слайд 1)

Здравствуйте ребята, здравствуйте уважаемые гости.

Тема сегодняшнего урока: «Способы цементирования скважин»

Цель нашего урока:

1.Закрепить целостное представление о конструкции скважины

2.Закрепить знания по оснастке обсадной колонны

3.Усвоить технологию одноступенчатого и двухступенчатого способов спуска обсадной колонны

(слайд 2) К концу урока вы узнаете:

— какие бывают способы цементирования скважин;

— от чего зависит выбор того или иного способа цементирования скважин;

— инструменты, используемые для производства цементирования скважин;

-технологию производства цементирования.

(слайд 3) Первая часть нашего урока будет проходить в форме лекции по следующему плану:

1.Сначала мы вспомним конструкцию скважины и обсадной колонны

2. Затем я вам презентую тему нашего урока

3. Далее вы самостоятельно изучите информационные листы, расположенные на ваших столах, с более подробны изложением этой информации и заполните бланк опорного конспекта, лежащего у вас на столах.

4.В конце урока вы ответите на вопросы теста (с обратной связью) по изученной нами теме и проставите сами себе оценки, т.е. узнает насколько вы усвоили данную тему.

Вспомним для чего необходимо крепить стенки скважины (слайд 4)(к доске)

_____________

При бурении нефтяных и газовых скважин необходимо крепить их стенки, в результате:

• укрепляются стенки скважин, сложенные недостаточно устой­чивыми горными породами;

• разобщаются нефтеносные или газоносные пласты друг от дру­га, а также от водоносных пород.

Это позволяет создать долговечный и герметичный канал, по которому нефть или газ поднимаются с забоя до устья скважины без потерь.

(слайд 5,6,7) Какие типы обсадных колонн входят в конструкцию скважины? К доске пойдет

__________

• направление — для крепления верхнего интервала, сложенного неустойчивыми отложениями. Предназначено для предотвращения размыва устья скважины;

• кондуктор — для крепления верхних неустойчивых интервалов разреза, изоляции водоносных горизонтов от загрязнения, уста­новки на устье противовыбросового оборудования;

• промежуточная обсадная колонна — для крепления и изоляции вышележащих зон геологического разреза, несовместимых по ус­ловиям бурения с нижележащими. Служит для предотвращения осложнений и аварий в скважине при бурении последующего ин­тервала. Может быть использована в качестве эксплуатационной;

• эксплуатационная колонна — для крепления и разобщения про­дуктивных горизонтов и изоляции их от других горизонтов геоло­гического разреза скважины. Предназначена для дальнейших эффективных работ в скважине

(слайд 8) Напомню, что обсадная колонна, спускаемая в скважину, состоит из элементов:

башмак ОК, обратный клапан, центраторы, скребки, турбулизаторы.

Для производства цементажа колонны в дальнейшем используются разделительные цементировочные пробки, цементировочные головки, упорные кольца.

Вспомним назначение каждого элемента

К доске __________________ (слайд 9-15)

1. Башмак обсадной колонны навинчивают на нижний конец первой (снизу) обсадной трубы и закрепляют сваркой. Он служит для предохранения низа обсадной колонны от смятия и для ее направления по стволу скважины в процессе спуска. В самом кольце башмака делают боковые отверстия..

Тарельчатый клапан:

1 — стержень;

2 — пружина;

3 — седло клапана;

4 — тарелка

2. Обратный клапан устанавливают в нижней части обсадной колонны на одну-две трубы выше башмака. Они предотвращают самозаполнение обсадной колонны раствором при спуске;

препятствуют обратному перетоку раствора, из затрубья в обсадную колонну.

3. Центраторы («фонари») устанавливают на обсадной колонне для:

— центрируют колонну в скважине;

— создания благоприятных условий для равномерного распределения раствора по затрубью;

— снижают силу трения при спуске колонны и более полного замещения цементным раствором жидкости, находившейся в затрубном пространстве.

Как правило, применяют пружинные центраторы.

4. Скребки устанавливают на обсадной выше и ниже каждого центратора для удаления глинистой корки со стенок скважины и повышения надежности сцепления цементного камня со стенками ствола скважины.

5.Турбулизаторы способствуют лучшему замещению бу­рового раствора цементным. Турбулизатор состоит из корпуса с упругими (обычно резиновыми) лопастями.

6.Разделительные цементировочные пробки

предназначены для разделения тампонажного раствора от бурового и продавочной жидкости при цементировании ОК, а также для получения сигнала об окончании процесса продавливания тампонажного раствора. По назначению подразделяются на нижние и верхние. Нижнюю вводя в ОК непосредственно перед закачиванием тампонажного раствора для предотвращения его смешивания с буровым раствором, а верхнюю пробку – после закачивания всего объема тампонажного раствора.

7. Цементировочные головки устанавливаются на устье скважины с целью промывки колонны перед цементированием и для проведения самого цементирования.

8. Упорное кольцо (кольцо «стоп») предназначено для получения сигнала об окончании продавливания раствора .

Его устанавливают в муфте ОК на расстоянии 10-30 м от башмака.

Преподаватель: Сейчас я в лекционной форме с помощью слайдового материала презентую вам информацию по теме урока.

(слайд 16) Процесс заполнения пространства между стенками обсадной колонны и стенками скважины с использованием специальной техники называется цементированием скважины

(слайд 17) . Назначение цементирования:

— заполнение пространства между обсадной колонной и стенками скважины;

— предупреждение распространения нефти или газа в затрубье;

— застревание обсадной колонны в скважине;

— защита обсадной колонны от коррозии;

— изоляция и разобщение пластов

( слайд 18) Цементирование включает пять основных видов работ:
— приготовление раствора,

— закачку его в скважину,

— подачу раствора в затрубье;

— ожидание затвердения цемента;

— проверку качества цементирования.

(слайд 19) Существует несколько способов цементирования. Они различаются схемой подачи тампонажного раствора в затрубное пространство и компоновкой обсадной колонны.

Возможны два варианта подачи тампонажного раствора в затрубное пространство:
— раствор, закачанный внутрь цементируемой обсадной колонны, проходит по ней до башмака и затем поступает в затрубное пространство, распространяясь снизу вверх;

— тампонажный раствор с поверхности подают в затрубное пространство, по которому он перемещается вниз (цементирование по обратной схеме).

( слайд 20) В основном применяют способы цементирования по прямой схеме. Если через башмак обсадной колонны в затрубное пространство продавливают весь тампонажный раствор, способ называется одноступенчатым (одноцикловым) цементированием.

(слайд 21) Одноступенчатое цементирование скважин— наиболее распространенный вид цемен­тирования.

(рассказ по слайду: технология цементирования)

Стадии одноступенчатого цементирования:

а — опускание нижней пробки;

б — закачка цемента и опускание верхней пробки;

в — продавливание цемента к башмаку колонны;

г — продавливание цемента в заколонное пространство;

1 — цементный раствор

1 – цементировочная головка; 2 – нижняя пробка; 3 – центратор; 4 – обсадная колонна; 5 – обратный клапан; 6 – башмак колонны; 7 – верхняя пробка; 8 – цементный раствор.

 

(слайд 22)

Действия бригады по цементированию:

1. Скважина промывается

2. Закачивается в колонну буфер­ная жидкость (вода или нефть).

3. Опускается нижняя пробка.

4. Приготовленный раствор перекачивается в скважину.

5. Из цементировочной головки продавливают верхнюю пробку и раствор движется между двумя пробками к башмаку колонны.

6. Продавка цементного раствора вниз. Момент окончания продавливания раствора определяют по повышению давления в колонне при схождении цементировочной пробки с кольцом «стоп», происходит резкое повышение давления на манометре («удар»).

7. Цементирование заканчивается и скважина оставляется в покое на ОЗЦ (определение затвердевания цемента)

(слайд 23)

Двухступенчатым цементированием называется раздельное последовательное цементирование двух интервалов в стволе скважины (нижнего и верхнего).

Рекомендуется применять в следующих случаях:

— затрубье (для экономии цемента) требуется заполнить цементом не сплошь, а с промежутками

(слайд 24) Для проведения двухступенчатого цементирования в обсадной колонне устанавливается специальную заливочную муфту.

С помощью нее мы может цементировать скважину поинтервально

( слайд25) (рассказ по схеме) 2-х ступенчатое цементирование:

А) – опускание нижней пробки

Б) опускание верхней пробки

В – окончание цементирования

1 – цементный раствор

2 – буферная жидкость

(слайд 26) сейчас для визуального закрепления теоретической части нашей темы вы посмотрите видео двухступенчатого цементирования

(слайд 27) Теперь вы приступаете к самостоятельному заполнению опорного конспекта (Л5) по теме нашего урока, отвечая на вопросы в конспекте и находя ответ из информационных листов (Л1- Л4) . На все это вам выделяется время 10 минут.

Теперь мы проанализируем степень усвоенности полученных вами знаний по цементированию скважины. Вы ответите на вопросы теста (Л6), лежащего у вас на столе.

Подпишите фамилию на тесте…

Время для ответа – 5 минут.

Эталон (правильный ответ – один балл)

Итак кто проставил себе за ответы на вопросы «5» — ? ______человек

«4» — ? _______

«3» — ? _______

(слайд 28) Мы с вами узнали:

1.Цементирование – это процесс заливки скважины цементным раствором???

2.цементный раствор, промывочная жидкость, буферная жидкость – это одно и то же???

3.Об окончании продавки цементного раствора мы узнаем по объему вытесненной из скважины буферной жидкости ???

3. Промывать скважину перед спуском не нужно, лишняя трата времени???

Спасибо за урок

Информационные листы

Л1

Процесс заполнения пространства между стенками обсадной колонны и стенками скважины с использованием специальной техники называется цементированием скважины

Назначение цементирования:

— заполнение пространства между обсадной колонной и стенками скважины;

— предупреждение распространения нефти или газа в затрубье;

— застревание обсадной колонны в скважине;

— защита обсадной колонны от коррозии;

— изоляция и разобщение пластов

Цементирование включает пять основных видов работ:
— приготовление раствора,

— закачку его в скважину,

— подачу раствора в затрубье;

— ожидание затвердения цемента;

— проверку качества цементирования

Существует несколько способов цементирования. Они различаются схемой подачи тампонажного раствора в затрубное пространство и компоновкой обсадной колонны.

Возможны два варианта подачи тампонажного раствора в затрубное пространство:
1. раствор, закачанный внутрь цементируемой обсадной колонны, проходит по ней до башмака и затем поступает в затрубное пространство, распространяясь снизу вверх;

2. тампонажный раствор с поверхности подают в затрубное пространство, по которому он перемещается вниз (цементирование по обратной схеме).

Л2

Действия бригады по цементированию:

1. Скважина промывается

2. Закачивается в колонну буфер­ная жидкость (вода или нефть).

3. Опускается нижняя пробка.

4. Приготовленный раствор перекачивается в скважину.

5. Из цементировочной головки продавливают верхнюю пробку и раствор движется между двумя пробками к башмаку колонны.

6. Продавка цементного раствора вниз. Момент окончания продавливания раствора определяют по повышению давления в колонне при схождении цементировочной пробки с кольцом «стоп», происходит резкое повышение давления на манометре («удар»).

7. Цементирование заканчивается и скважина оставляется в покое на ОЗЦ (определение затвердевания цемента)

Л3

Одноступенчатое цементирование скважин— наиболее распространенный вид цемен­тирования.

Если через башмак обсадной колонны в затрубное пространство продавливают весь тампонажный раствор, способ называется одноступенчатым (одноцикловым) цементированием.

Одноступенчатое цементирование:

1 – цементировочная головка;

2 – нижняя пробка;

3 – центратор;

4 – обсадная колонна;

5 – обратный клапан;

6 – башмак колонны;

7 – верхняя пробка;

8 – цементный раствор.

1 – цементировочн ая головка; 2 – нижняя пробка; 3 – центратор; 4 – обсадная колонна; 5 – обратный клапан; 6 – башмак колонны; 7 – верхняя пробка; 8 – цементный раствор.

 

Процесс цементирования заключается в следующем:

после того как обсадная колонна спущена, скважину промывают.

Промывку производят до тех пор, пока буровой раствор не перестанет выносить выбуренную породу, т.е. плотность бурового раствора, посту­пающего в скважину, и плотность бурового раствора, выходящего из нее, станут одинаковыми.

После окончания промывки через цементировочную головку, начинают закачивать рассчитанный объем цементного раствора, затем опускают верхнюю разделительную пробку и продавливают ее буферной жидкостью до посадка нижней пробки на упорное кольцо. Этот момент характеризуется резким повышением давления на манометре, так называемым «ударом». На этом заканчивается процесс цементирования, и скважина оставляется в покое на срок, необходимый для схватывания и твердения цементного раствора.

Л4

Двухступенчатым цементированием называется раздельное цементирование двух интервалов скважины (нижнего и верхнего)

Рекомендуется применять в следующих случаях:

— затрубье (для экономии цемента) требуется заполнить цементом не сплошь, а с промежутками

Для проведения двухступенчатого цементирования скважины необходимо в обсадной колонне на некоторой высоте от забоя скважины установить специальную заливочную муфту. Она позволяет открыть в нужный момент каналы для подачи цементного раствора в затрубное пространство, а затем вновь их перекрыть.

Технологический процесс двухступенчатого цементирования протекает в следующем порядке. Обсадную колонну, с оборудо­ванным низом и заливочной муфтой, спускают в скважину и при обычной промывке подготавливают к цементированию. Опускают нижнюю цементировочную пробку. За нижней пробкой прокачивают порцию цементного ра­створа и спускают вторую (верхнюю) цементировочную пробку, которая продавливается вниз расчетным количеством буферной жидкости.

Первая (нижняя) цементировочная пробка, проталкиваемая жидкостью вниз, в определенный момент упирается своими пле­чиками в седло нижнего цилиндра заливочной муфты и под давлением столба жидкости и давления насосов сре­зает стопорные болты. Нижний цилиндр движется вниз до момен­та захода своих нижних выступов в вырезы переводника с муфты на обсадную колонну. Вследствие движения нижней пробки вниз открываются цементировочные отверстия и цементный раствор, расположенный над первой (нижней) пробкой, устремляется в затрубное пространство, а нижняя цементировочная пробка, плотно садится на стопорное кольцо.

Таким образом заканчивается цементирование первой (нижней) ступени: цементный раствор первой порции поднят на заданную высоту от башмака колонны. Одновременно происходит процесс заливки второй ступени через цементировочные отверстия цемен­тировочной муфты.

Л5

ОПОРНЫЙ КОНСПЕКТ

Уч-ся ______________________________________ гр.№ _____________

Тема: «Цементирование скважин»

Цементирование это – процесс заполнения пространства между __________________ и

_______________________скважины.

Два способа подачи цементного раствора в затрубье:

_______________________________________________________________________
________________________________________________________________________

Цементирование включает пять основных видов работ:
1. ________________________________________________________________________

2.________________________________________________________________________

3._______________________________________________________________________

4. _______________________________________________________________________

5.________________________________________________________________________

Действия бригады по цементированию:

1. ____________________________________________________________________

2. _____________________________________________________________________

3. _____________________________________________________________________

4. ____________________________________________________________________

5. _____________________________________________________________________

6. _____________________________________________________________________

7. _____________________________________________________________________

Стадии одноступенчатого цементирования:

а —

б —

в —

г —

Отличительные особенности одноступенчатого и двухступенчатого способов цементирования:

________________________________________________________________________
Л6

Вопросы по теме «Цементирование скважины»

(тест с обратной связью)

Фамилия, имя, отчество обучающегося ____________________________________
Группа№ ___________

1. Низ обсадной колонны оборудован (отметить правильный вариант ответа):

А) Башмаком

Б) УБТ

2. Упорное кольцо предназначено (отметить правильный вариант ответа):

А) Для получения сигнала об окончании продавливания тампонажного раствора

Б) Для посадки продавочной пробки в башмак колонны

3. Различные схемы цементирования скважины отличаются по:

(отметить правильный вариант ответа):

А) Схемам подачи тампонажного раствора в затрубное пространство

Б) Оборудованию, используемому для цементирования

4. Момент окончания продавливания тампонажного раствора определяют по:

(отметить правильный вариант ответа):

А) Объему вышедшей из скважины промывочной жидкости

Б) Повышению давления в колонне при схождении цементировочной

пробки с кольцом «стоп».

5.Специальная заливочная муфта используется в (отметить правильный

вариант ответа):

А) Одноступенчатом

Б) Многоступенчатом

ИТОГО баллов/ оценка

Эталон

1-а

2-а

3-а

4-б

5-б

Список литературы

1. Ю.В.Вадецкий «Бурение нефтяных и газовых скважин», — Москва «Недра»;

2. А.Л.Ильский, А.П.Шмидт, «Буровые машины и механизмы»,- Москва «Недра»;

3. Н.А.Сидоров, «Бурение и эксплуатация нефтяных и газовых скважин», -Москва «Недра»;

4. Материалы Интернет-сайтов

Цементирование — PetroWiki

Цемент используется для удержания обсадной колонны на месте и предотвращения миграции жидкости между подземными формациями. Операции по цементированию можно разделить на две большие категории: первичное цементирование и восстановительное цементирование.

Первичное цементирование

Целью первичного цементирования является изоляция зон. Цементирование — это процесс смешивания суспензии из цемента, добавок к цементу и воды и закачки ее через обсадную колонну в критические точки в кольцевом пространстве вокруг обсадной колонны или в открытом стволе под обсадной колонной.Две основные функции процесса цементирования:

• Для ограничения движения жидкости между пластами
• Для крепления и поддержки обсадной трубы

Если это будет достигнуто эффективно, будут выполнены другие требования, предъявляемые в течение срока службы скважины, в том числе:

• Экономический
• Ответственность
• Безопасность
• Постановления Правительства

Зональная изоляция

Зональная изоляция напрямую не связана с производством; однако эта необходимая задача должна выполняться эффективно, чтобы можно было проводить операции по добыче или стимуляции.Успех колодца зависит от этой основной операции. Помимо изоляции зон нефте-, газо- и водоотдачи, цемент также способствует

• Защита корпуса от коррозии
• Предотвращение выбросов за счет быстрого образования уплотнения
• Защита обсадной колонны от ударных нагрузок при более глубоком бурении
• Герметизация зон потери циркуляции или захвата

Восстановительное цементирование

Восстановительное цементирование обычно выполняется для устранения проблем, связанных с первичным цементированием.Наиболее успешный и экономичный подход к восстановительному цементированию — это избегать его путем тщательного планирования, проектирования и выполнения всех операций бурения, первичного цементирования и заканчивания. Необходимость восстановительного цементирования для восстановления работы скважины указывает на то, что первичное оперативное планирование и выполнение были неэффективными, что привело к дорогостоящим ремонтным работам. Операции восстановительного цементирования делятся на две большие категории:

Процедуры укладки цемента

В целом, для успешной укладки цемента и достижения поставленных целей необходимо выполнить пять шагов.

1. Проанализировать параметры скважины; определить потребности скважины, а затем разработать методы размещения и жидкости для удовлетворения потребностей в течение срока службы скважины. Свойства жидкости, механика жидкости и химический состав влияют на конструкцию скважины.
2. Рассчитайте состав жидкости (суспензии) и проведите лабораторные испытания жидкостей, разработанных на этапе Step 1 , чтобы убедиться, что они соответствуют потребностям.
3. Используйте необходимое оборудование для реализации проекта в Step 1 ; рассчитать объем перекачиваемой жидкости (шлама); и смешивать, смешивать и закачивать жидкости в затрубное пространство.
4. Наблюдать за лечением в реальном времени; сравните с Шаг 1 и при необходимости внесите изменения.
5. Оцените результаты; сравните с проектом Шаг 1 и внесите необходимые изменения для будущих работ.

Параметры скважины

Наряду с опорой обсадной колонны в стволе скважины, цемент предназначен для изоляции зон, что означает, что он предотвращает сообщение каждой из зон проникновения и их флюидов с другими зонами. Чтобы зоны изолированы, очень важно учитывать ствол скважины и его свойства при проектировании цементных работ.

Глубина

Глубина скважины влияет на конструкцию цементного раствора, так как она влияет на следующие факторы:

Количество задействованных скважинных флюидов Объем скважинных флюидов Давления трения Гидростатические давления Температура

Глубина ствола скважины также определяет размер ствола скважины и обсадной колонны. Очень глубокие скважины имеют свои собственные проблемы проектирования из-за:

• Высокие температуры
• Высокое давление
• Коррозионные жидкости

Геометрия ствола

Геометрия ствола скважины важна для определения количества цемента, необходимого для операции цементирования.Размеры отверстия можно измерить различными методами, в том числе:

• Штангенциркуль
• Штангенциркуль с электрическим приводом
• Суппорт жидкости

Геометрия необсаженного ствола может указывать на неблагоприятные (нежелательные) условия, такие как промывки. Геометрия ствола скважины и размеры обсадной колонны определяют кольцевой объем и необходимое количество жидкости.

Форма отверстия также определяет зазор между обсадной колонной и стволом скважины. Это кольцевое пространство влияет на эффективность вытеснения бурового раствора.Рекомендуется минимальное кольцевое пространство от 0,75 до 1,5 дюйма (диаметр отверстия на 2–3 дюйма больше диаметра обсадной колонны). Меньшие кольцевые зазоры ограничивают характеристики потока и, как правило, затрудняют вытеснение жидкости.

Другой аспект геометрии отверстия — угол отклонения. Угол отклонения влияет на истинную вертикальную глубину и температуру. Сильно наклоненные стволы скважины могут быть проблематичными, поскольку обсадная колонна вряд ли будет центрирована в стволе скважины, и вытеснение жидкости становится затруднительным.

Проблемы, связанные с изменением геометрии, можно решить, добавив центраторы в обсадную колонну. Центраторы помогают центрировать обсадную колонну внутри отверстия, оставляя равное кольцевое пространство вокруг обсадной колонны.

Температура

Температура ствола скважины имеет решающее значение при проектировании цементных работ. Следует учитывать три основных температуры:

• Забойная температура циркуляции (BHCT)
• Статическая температура забоя (BHST)
• Разница температур (разница температур между верхом и низом укладки цемента)

BHCT — это температура, которой будет подвергаться цемент при его циркуляции мимо дна обсадной колонны.BHCT контролирует время, необходимое для схватывания цемента (время загустевания). BHCT можно измерить с помощью датчиков температуры, циркулирующих с буровым раствором. Если фактическая температура в стволе скважины не может быть определена, BHCT можно оценить с помощью температурных графиков American Petroleum Inst. (API) RP10B.1 BHST учитывает неподвижное состояние, при котором жидкости не циркулируют и не охлаждают ствол скважины. BHST играет жизненно важную роль в развитии прочности затвердевшего цемента.

Разница температур становится существенным фактором, когда цемент размещается в большом интервале и есть значительная разница температур между верхним и нижним местоположениями цемента. Обычно из-за разных температур могут быть разработаны два разных цементных раствора, чтобы лучше приспособиться к разнице температур.

Температура циркуляции забоя влияет на следующее:

• Время загустения суспензии
• Реология
• Потеря жидкости
• Устойчивость (оседание)
• Установить время

BHST влияет на повышение прочности на сжатие и целостность цемента в течение всего срока службы скважины.Знание фактической температуры, с которой цемент столкнется во время укладки, позволяет операторам оптимизировать конструкцию раствора. Тенденция к завышению количества материалов, необходимых для поддержания цемента в жидком состоянии для перекачивания, и количества времени перекачки, необходимого для работы, часто приводит к ненужным затратам и проблемам с контролем скважины. Большинство цементных работ выполняются менее чем за 90 минут.

Для оптимизации затрат и эффективности вытеснения рекомендуются следующие рекомендации.

• Спроектируйте работу на основе фактических циркуляционных температур в стволе скважины.

• Дополнительный регистратор температуры в скважине может использоваться для измерения температуры циркуляции в скважине. Дополнительный регистратор — это записывающее устройство с памятью, которое может быть либо опущено на кабеле, либо опущено в бурильную трубу и измеряет температуру в скважине во время операции циркуляции перед цементированием. Затем запоминающее устройство извлекается из бурильной трубы и измеряется BHCT.Это позволяет точно определять скважинную температуру.

• Если определение фактической температуры циркуляции в стволе скважины невозможно, используйте API RP10B для оценки BHCT. ^[1]
• Не допускайте «затухания» фактических измеренных скважинных температур и не превышайте количество диспергаторов, замедлителей схватывания и т.д., рекомендованное для температуры ствола скважины. При определении количества замедлителя схватывания, необходимого для конкретного применения, учитывайте скорость, с которой будет нагреваться суспензия.

Давление пласта

При бурении скважины естественное состояние пластов нарушается. Ствол скважины создает нарушение там, где раньше существовали только пласты и их естественные силы. На этапах планирования цементных работ необходимо знать определенную информацию о формации:

Обычно эти факторы определяются во время бурения. Плотность буровых растворов при правильно сбалансированной операции бурения может быть хорошим показателем ограничений ствола скважины.

Для поддержания целостности ствола скважины гидростатическое давление, оказываемое цементом, буровым раствором и т. Д., Не должно превышать давление гидроразрыва самого слабого пласта. Давление разрыва — это верхнее безопасное ограничение давления в пласте до его разрушения (давление, необходимое для расширения трещин в пласте). Гидростатические давления флюидов в стволе скважины, наряду с давлениями трения, создаваемыми движением флюидов, не могут превышать давление гидроразрыва, иначе формация разрушится.Если формация разрушается, формация больше не контролируется и возникает потеря циркуляции. Для успешного первичного цементирования необходимо контролировать потерю циркуляции или потерю жидкости. Давление, испытываемое в стволе скважины, также влияет на рост прочности цемента.

Характеристики пласта

Состав формаций может вызвать проблемы совместимости. Сланцевые образования чувствительны к пресной воде и могут отслоиться, если не будут приняты специальные меры, такие как повышение солености воды.Следует принимать во внимание другие особенности пласта и химии, такие как набухающие глины и жидкости с высоким pH. Некоторые формации могут также содержать такие элементы, как:

• Текущие жидкости
• Жидкости высокого давления
• Агрессивные газы
• Прочие сложные функции, требующие особого внимания

Список литературы

1. ↑ API RP 10B, Рекомендуемая практика для испытания цемента для скважин, 22-е издание. 1997. Вашингтон, округ Колумбия: API.

Интересные статьи в OnePetro

Интернет-мультимедиа

Стайлз, Дэвид. 2012. Проблемы с оценкой цемента: что мы знаем и чего не знаем. https://webevents.spe.org/products/challenges-with-cement-evaluation-what-we-know-and-what-we-don’t

Внешние ссылки

См. Также

Проект размещения первичного цементирования

Время контакта при цементировании

Восстановительное цементирование

PEH: Цементирование

.

Основная серия: основы цементирования скважин

Первичное цементирование — важнейшая процедура в процессе строительства скважины. Цементная оболочка обеспечивает гидравлическое уплотнение, которое устанавливает зональную изоляцию, предотвращая жидкостное сообщение между продуктивными зонами в стволе скважины и блокируя выход жидкости на поверхность. Цементная оболочка также фиксирует и поддерживает обсадную колонну и защищает стальную обсадную колонну от коррозии пластовыми флюидами. Неспособность достичь этих целей может серьезно ограничить способность скважины полностью реализовать свой производственный потенциал.

В большинстве операций по первичному цементированию используется метод цементирования с двумя пробками (справа). После бурения интервала на желаемую глубину буровая бригада снимает бурильную трубу, оставляя скважину заполненной буровым раствором. Затем бригада опускает обсадную колонну на забой скважины. Нижний конец обсадной колонны защищен направляющим башмаком или поплавковым башмаком . Обе башмаки представляют собой конические, обычно пуленепробиваемые устройства, которые направляют обсадную трубу к центру отверстия, чтобы свести к минимуму контакт с неровными краями или смывами во время установки.Направляющий башмак отличается от поплавкового башмака тем, что в первом отсутствует обратный клапан. Обратный клапан может предотвратить обратный поток или U-образную трубку флюидов из затрубного пространства в обсадную колонну. Центры размещаются вдоль критических секций обсадной колонны, чтобы предотвратить прилипание обсадной колонны при ее опускании в скважину. Кроме того, центраторы удерживают обсадную колонну в центре ствола скважины, чтобы обеспечить размещение однородной цементной оболочки в кольцевом пространстве между обсадной колонной и стенкой ствола скважины.

Когда обсадная труба опускается в скважину, внутренняя часть обсадной колонны может заполняться буровым раствором. Целями операции первичного цементирования являются удаление бурового раствора из внутренней части обсадной колонны и ствола скважины, размещение цементного раствора в затрубном пространстве и заполнение внутренней части обсадной колонны вытесняющей жидкостью, такой как буровой раствор, рассол или вода.

Цементные растворы и буровые растворы обычно химически несовместимы. Их смешивание может привести к образованию утолщенной или гелеобразной массы на границе раздела, которую будет трудно удалить из ствола скважины, что может препятствовать размещению однородной цементной оболочки по всему затрубному пространству.Поэтому инженеры используют химические и физические средства для поддержания разделения жидкостей. Химические промывки и буферные жидкости могут закачиваться после бурового раствора и перед цементным раствором. Эти жидкости обладают дополнительным преимуществом очистки поверхностей обсадной колонны и пласта, что помогает достичь хорошего сцепления цемента.

Грязесъемники — это эластомерные устройства, которые обеспечивают физический барьер между жидкостями, закачиваемыми внутри обсадной колонны. Нижняя пробка отделяет цементный раствор от бурового раствора, а верхняя пробка отделяет цементный раствор от вытесняющей жидкости.Нижняя пробка имеет мембрану, которая разрывается при приземлении на нижнюю часть обсадной колонны, создавая путь, по которому цементный раствор может течь в затрубное пространство. Верхняя заглушка не имеет мембраны; поэтому, когда он приземляется на верхнюю часть нижней пробки, гидравлическая связь между внутренней частью обсадной колонны и кольцевым пространством прерывается. После цементирования инженеры ждут, пока цемент затвердеет, схватится и наберет прочность — это называется ожиданием на цементе (WOC). После периода WOC, обычно менее 24 часов, может начаться дополнительное бурение, перфорация или другие операции.

Строительство скважины обычно состоит из установки нескольких обсадных колонн, каждая из которых требует операции первичного цементирования (Рисунок 2). По мере углубления скважины диаметр каждой обсадной колонны обычно меньше, чем у предыдущей.

Почти во всех операциях по цементированию скважин используется портландцемент, который состоит в основном из безводного силиката кальция и соединений алюмината кальция, которые гидратируются при добавлении в воду. Продукты гидратации, в основном гидраты силиката кальция, обеспечивают прочность и низкую проницаемость, необходимые для достижения зональной изоляции.

Условия, в которых портландцемент находится в скважине, значительно отличаются от условий окружающей среды, связанной со зданиями, дорогами и мостами. Скважинные цементы должны работать в широком диапазоне температур — от ниже нуля в зонах вечной мерзлоты до температур, превышающих 400 ° C [752 ° F] в геотермальных скважинах. Следовательно, производители цемента выпускают специальные версии портландцемента для использования в скважинах. Кроме того, доступно более 100 добавок к цементу для регулирования характеристик цемента, что позволяет инженерам настраивать состав цемента для конкретных условий скважины.Основная цель — создать цемент, который можно перекачивать в течение времени, достаточного для размещения в затрубном пространстве, развивать прочность в течение нескольких часов после размещения и оставаться прочным на протяжении всего срока службы скважины.

Добавки можно классифицировать в соответствии с выполняемыми ими функциями. Ускорители сокращают время схватывания цемента и увеличивают скорость набора прочности на сжатие. Замедлители схватывания задерживают время схватывания и увеличивают время, в течение которого цементный раствор перекачивается.Разбавители снижают плотность цементного раствора, уменьшают количество цемента на единицу объема застывшего продукта или и то, и другое. Утяжелители увеличивают плотность цемента. F Средства контроля потери жидкости контролируют утечку воды из цементного раствора в пористые образования, тем самым сохраняя заданные свойства цементного раствора. Агенты контроля потери циркуляции ограничивают поток всего цементного раствора из ствола скважины в слабые, трещиноватые или кавернозные образования и помогают гарантировать, что цементный раствор может заполнить все кольцевое пространство. Диспергаторы снижают вязкость цементного раствора, что позволяет снизить давление нагнетания во время укладки. Специальные добавки включают пеногасители, волокна и эластичные частицы. Добавки в цемент — это активная область исследований и разработок, и в отрасли регулярно появляются новые и улучшенные продукты.

.Круглый стол по технологиям

: цементирование ствола скважины — ROGTEC

1. Как вы измеряете и рассчитываете оптимальные свойства цемента / раствора, который будет закачиваться в скважину?

Weatherford: Расчет цементного раствора основан на скважинных данных, таких как температура циркуляции на забое скважины (BHCT), статическая температура на забое скважины (BHST), поровое давление и градиент трещин. Проблемы, с которыми сталкиваются операторы скважин, включают нестабильность открытого ствола, зоны потенциальных потерь, водоносные интервалы и газонефтеносные пласты, которые также необходимо учитывать при проектировании цемента.Мы можем разработать оптимальные рецептуры цемента и распорки на основе всех вышеперечисленных данных вместе с опытом, накопленным в конкретных регионах или областях. У нас есть лаборатории с современным оборудованием, сертифицированные по стандартам ISO 10426 и ANSI / API10 для проведения полного цикла лабораторных испытаний цемента и цементных растворов. Испытания включают испытание на реологию, испытание на время загустевания, испытание на водоотдачу, анализ прочности геля, испытание на совместимость, испытание на прочность на сжатие и специальные испытания для гибких, расширяемых, самовосстанавливающихся и газонепроницаемых цементных систем.

Schlumberger: Все начинается с правильного планирования; размещение цемента в кольцевом пространстве — это только последний этап процесса, который начинается еще до того, как скважина будет пробурена. После того, как требуемые свойства раствора и заданные свойства цемента установлены. Компьютерное программное обеспечение используется для моделирования выполнения работ и производительности цемента в долгосрочной перспективе после его размещения.

Следующим шагом является воспроизведение заданных свойств в лаборатории из репрезентативных образцов разработанных компонентов, включая выбранные добавки, используемые для изменения поведения цемента; конструкция оптимизирована для оптимизации времени загустевания, вязкости, реологии, стабильности, контроля потери жидкости, свободной жидкости и т. д.Каждый из них, если эти свойства независимо измеряются с помощью лабораторного оборудования, специально разработанного для этой цели. Образец также затвердевает в условных условиях ствола скважины, и его свойства также измеряются.

Halliburton: Существует два основных взгляда на дизайн цемента. Один из них — это суспензионная конструкция, в которой жидкости адаптированы для обеспечения успешного размещения в стволе скважины, эффективного вытеснения бурового раствора на месте и предотвращения либо притока из ствола скважины из-за недостаточного гидростатического давления, либо индуцирования потерь из-за чрезмерного гидростатического давления.Второй аспект — это конструкция затвердевшего цемента, позволяющая без сбоев выдерживать нагрузки в течение всего жизненного цикла скважины. Очевидно, что второй аспект требует, прежде всего, успешного размещения цементного раствора.

Для определения характеристик цементного раствора существуют лабораторные испытания, которые стандартизированы в соответствии с сериями стандартов и спецификаций ISO-10426 и ANSI / API 10, которые идентичны. К ним относятся тесты на время загустевания (время, в течение которого суспензия остается перекачиваемой при перемешивании), реология (поведение гидравлического потока жидкости), потеря жидкости (сколько жидкости теряется, если суспензия фильтруется против пористой среды под давлением), свободно жидкость и осадок, характеризующие стабильность суспензионной системы и развитие прочности на сжатие.

Портландцемент

является натуральным продуктом, поэтому свойства суспензии могут значительно варьироваться от производителя к производителю и даже от партии к партии на одной цементной печи. Вот почему обычно каждая конструкция цементного раствора тестируется с использованием фактического цемента и химикатов, которые будут использоваться в полевых условиях, чтобы гарантировать подходящие свойства.

Для характеристики механических характеристик цемента используются методы механики горных пород в сочетании с моделями анализа напряжений, которые переводят рабочие нагрузки на скважину в напряжения, фактически испытываемые цементом.Механическое поведение цемента измеряется на кернах, подверженных одноосным или трехосным напряжениям.

2. Какие критические свойства ствола скважины необходимо учитывать при проектировании цементных работ?

Weatherford: Все критические факторы и проблемы скважины должны быть рассмотрены перед цементированием, чтобы снизить риски и подготовить план действий в чрезвычайных ситуациях в случае любых отклонений от программы цементирования. Эти проблемы включают обрушение, потерю циркуляции и потенциально нефтегазоносные зоны, высокие забойные температуры и плотность бурового раствора.Оптимальное время загустевания цемента зависит от статической и циркуляционной температуры забоя скважины. Время загустевания цемента имеет решающее значение для проектирования, когда существуют ограничения скорости во время закачки цементирования из-за высокой эквивалентной циркулирующей плотности (ECD) или низкого градиента трещин в скважине. Материалы с задержкой циркуляции (LCM) успешно используются в цементном растворе для предотвращения потерь при цементировании в потенциально слабых зонах.

Schlumberger: Условия скважины следует оценивать с двух основных точек зрения: требуемые свойства жидкого раствора, обеспечивающие эффективное и безопасное размещение, и долговременные характеристики затвердевшего цемента
.

Важно понимать литологию пласта в разрезе открытого ствола, подлежащего цементированию, поскольку это сильно влияет на форму ствола, стабильность стенок ствола скважины, наличие проницаемых зон, а также на пласты с избыточным давлением или истощенные.

Цементирующие жидкости предназначены для замены бурового раствора при сохранении контроля над скважиной с точки зрения гидростатического давления, реологии, потери жидкости, стабильности и предотвращения потенциального потока любых пластовых жидкостей, включая газ.После схватывания цемент должен выдерживать напряжение, возникающее в результате последующих действий по вводу скважины в рабочий режим, таких как перфорация, интенсификация и даже в течение всего срока службы скважины.

Halliburton: Первое, что нужно учитывать при проектировании цементных работ, — это то, чего они должны достичь. Это приводит к пониманию того, какие свойства суспензии потребуются, и где необходимо разместить цемент.

Свойства цементного раствора (реология, время загустевания, прочность на сжатие) сильно зависят от температуры жидкости.Поэтому важно понимать температурный режим в стволе скважины в статических условиях
и при закачке в скважину.

Чтобы понять реакцию ствола скважины (приток или трещина), необходимо знать литологическую колонку, определяющую типы горных пород и возможные пластовые флюиды, профили порового давления и давления трещин, а также геометрию ствола скважины и трубы.

3. Почему разница температур между температурой циркуляции на забое (BHCT) и статической температурой на забое (BHST) является таким важным фактором при управлении затратами на цементирование и управлении скважиной?

Weatherford: При проектировании цементирования необходимо учитывать динамические (закачка цементирования) и статические (развитие прочности на сжатие) стадии.

Забойная температура циркуляции, или BHCT, используется для проектирования цемента, характеризующегося оптимальным временем загустения, реологией и водоотдачей. Все эти параметры необходимо контролировать во время закачки цемента (динамический этап).

Статическая температура на забое, или BHST, важна для повышения прочности на сжатие, чтобы предотвратить снижение прочности цемента в течение всего срока службы скважины в случае высоких температур. BHST часто используется при проектировании цементирования скважин HT с длинным горизонтальным участком, поскольку он увеличивается за счет нагрева цементного раствора при закачке цемента в горизонтальном участке, характеризующемся одним градиентом температуры.

Температура — один из наиболее важных параметров скважины, который необходимо учитывать при проектировании цементирования. Это влияет на время загустевания цементного раствора и развитие прочности на сжатие. Конструкция цементирования с неправильными температурными данными сопряжена с серьезными рисками, такими как потеря ствола или потеря контроля над скважиной. Цемент может затвердеть до завершения укладки, и в этом случае его можно оставить в обсадной колонне. Кроме того, если время схватывания цемента слишком велико, это может увеличить риск притока пластового газа или жидкости в структуру цемента и привести к перетоку в кольцевом пространстве.

Schlumberger: Химические добавки используются для изменения времени схватывания цемента и развития его прочности на сжатие. Время схватывания изменено, чтобы сделать его достаточно длинным, чтобы обеспечить надлежащее размещение в кольцевом пространстве, но оно также должно быть сокращено для повышения прочности на сжатие. Затвердевший цемент должен предотвращать любую миграцию нежелательных пластовых флюидов, обеспечивать опору для обсадной колонны и позволять возобновить операции по бурению следующего участка ниже.

Расчет времени схватывания основан на BHCT. Он ниже, чем BHST из-за постоянной циркуляции флюидов вдоль ствола скважины и других процессов теплообмена между пластом и флюидами.

Температура чрезвычайно важна при проектировании цементных работ; если температура занижена, цемент может схватиться в трубе раньше, что приведет к большим затратам из-за времени на его разбуривание и ремонт вышедшего из строя основного цементирования. С другой стороны, если температура будет завышена, цементу может потребоваться гораздо больше времени для схватывания, чем требуется; пластовые флюиды, включая газ, могут перемещаться через него и создавать опасную ситуацию с контролем скважины, не говоря уже о времени задержки для возобновления работы.

Halliburton: Температура циркуляции — это температура, которой будет подвергаться цементный раствор во время его размещения в стволе скважины. Это определит, как долго суспензия будет перекачиваться, а также ее реологические свойства. Однако эта температура циркуляции зависит от программы откачки и процессов теплообмена, происходящих в стволе скважины.

После завершения цементных работ ствол скважины восстановит свой статический температурный профиль в течение прибл.24-48 часов. Эта температура будет определять, насколько быстро цемент наберет прочность и, следовательно, как долго буровой установке придется ждать, прежде чем продолжить бурение.

С точки зрения затрат, суспензия должна быть оптимизирована для обеспечения достаточного времени загустения при минимизации затрат на химикаты и суспензию, а также минимизации необходимого времени ожидания цементирования, чтобы минимизировать время, затрачиваемое буровой установкой на цементные работы. Однако эти два параметра взаимосвязаны.

Пытаясь выполнить эти оптимизации, важно помнить, что затраты, связанные с неудачным цементированием, на много выше, чем стоимость самого цементирования, учитывая, что простой буровой установки, потеря секций ствола скважины и задержка или задержка добычи могут привести к .

4. Каковы основные стратегии тестирования цементной связи и какие недостатки есть у этих методов?

Weatherford: Для определения качества цемента следует использовать комплексный подход. Эффективное вытеснение бурового раствора — основная цель качественного цементирования. Это может быть эффективно выполнено путем разработки оптимальной реологии буферных и цементных растворов и оптимальной скорости цементирования для достижения турбулентного режима потока в затрубном пространстве во время цементирования.Программа по удалению обсадных труб и централизации также влияет на эффективность вытеснения бурового раствора и качество цементирования. Расширяемые и гибкие цементные системы были разработаны для лучшего покрытия цементом и предотвращения разрушения цементной связи в течение всего срока службы скважины, включая стадию заканчивания. Все эти методы интегрированы в проектирование и моделирование цементирования с помощью специального программного обеспечения CemPRO +, которое может определять эффективность вытеснения бурового раствора и цементное покрытие кольцевого пространства. Эти методы не идеальны, поскольку они не могут учитывать реальные условия скважины во время цементирования, такие как размер и форма каверн и фактическое напряжение на цементной связке в ходе заканчивания скважины.

Schlumberger: Качество цемента за обсадной колонной может быть оценено в различных формах, в зависимости от требуемой степени достоверности, оно включает испытание положительным и отрицательным давлением для подтверждения кольцевого уплотнения, моделирование программного обеспечения воспроизведения также может предоставить достойную информацию о ожидаемого качества цемента, но наиболее информативным источником на сегодняшний день являются журналы по цементированию.

Бывают случаи, когда цемент отделяется от обсадной колонны по разным причинам, и поэтому отклик на каротажных диаграммах цементного сцепления не может быть должным образом оценен, в некоторых случаях рекомендуется повторно выполнить каротаж секции, прикладывая давление в обсадной колонне, чтобы попытаться для закрытия возможного микрозвука, существующего между обсадной колонной и цементной оболочкой.Эта операция подразумевает, что на устье скважины имеется оборудование, работающее под давлением, во время каротажа, а также затраты, связанные с этой операцией, и затраченное дополнительное время буровой установки.

Halliburton: Простейшим испытанием цемента после помещения в ствол скважины является испытание под давлением, чтобы увидеть, обеспечивает ли цемент необходимую изоляцию от давления. Они могут либо увеличить давление в гидростатической колонне путем закачки в ствол скважины (испытание на положительное давление или целостность), либо снизить давление путем выборочного снижения гидростатического давления с более низкой плотностью жидкости (испытание на приток).Эти испытания под давлением будут имитировать ожидаемые нагрузки, но они не дадут подробного понимания механизма возможного отказа.

Другой способ — диагностика кровли цемента в стволе скважины. Самый простой метод здесь — это механическая метка с бурильной колонной, скользящим канатом или кабелем, но для этого требуется доступ к верхней части цемента. В качестве альтернативы это можно оценить путем анализа поведения давления, зарегистрированного во время размещения, и определения гидростатического давления, оказываемого цементным столбом.Также повышение температуры, вызванное гидратацией цемента в стволе скважины, можно измерить с помощью каротажа, показывающего, где находится цемент, а где его нет.

Специализированный метод анализа цементного сцепления в стволе скважины — это каротаж цементного соединения на кабеле. Доступен набор акустических и ультразвуковых инструментов на кабеле, которые получают информацию о материале за трубой в стволе скважины на основе анализа поведения звуковой или ультразвуковой волны, проходящей через обсадную колонну и за обсадной колонной.Затухание формы волны и измеренное сопротивление материала за трубой позволяет отличить твердое вещество от жидкости. В последних разработках также используются электромагнитные волны, а также статистический анализ формы волны для уточнения результатов. Однако все методы каротажа не являются количественными, и на них также влияют факторы окружающей среды, такие как толщина стенки трубы.

5. Как решить проблему неравномерного или неправильного ствола скважины и обеспечить правильный межколонный интервал?

Weatherford: Услуги по бурению, буровым растворам и цементированию должны участвовать в подготовке к цементированию.Это включает в себя дополнительные проходки по расширению, кондиционирование скважины путем циркуляции специально разработанного раствора перед цементированием. Наши продуктовые линейки Cementing Products и Cementing Services обеспечивают качественную централизацию обсадных колонн с использованием специального программного обеспечения и компетентных инженерных служб для выбора необходимых центраторов и мест для их установки в зависимости от данных наклона и кавернометрии.

Все требования к центраторам включены в стандарт API 10D, который устанавливает индекс центровки на уровне 67%.Показатели Weatherford достигают 80–90% в зависимости от сложности конструкции скважины.

Schlumberger: Одним из наиболее важных аспектов при проектировании цементных работ является обеспечение надлежащего удаления бурового раствора, чтобы цемент мог равномерно заполнить кольцевое пространство. Следовательно, выбор и количество подходящих центраторов, стратегически установленных вдоль обсадной колонны и / или в зонах интереса, где гидравлическая изоляция наиболее необходима.

После того, как обсадная колонна будет централизована для получения наилучшего возможного варианта, переход к стратегии удаления бурового раствора, основанной на реологических и плотностных свойствах в сочетании со скоростью вытеснения, позволяет поддерживать иерархию давления трения между толкающей текучей средой и текучей средой.
перемещается.

Halliburton: Зазор, который означает, насколько далеко труба находится от стенки открытого ствола, имеет решающее значение, поскольку эксцентриситет приводит к предпочтительному пути потока вдоль более широкой стороны кольцевого пространства, в крайнем случае, к каналу загущенной жидкости. оставаясь на месте на узкой стороне кольцевого пространства. В результате не вся скважина заполнена цементом, и могут остаться каналы, которые позволяют жидкости перемещаться и вытекать после цементирования.

Обычно труба удерживается в центре открытого ствола центраторами, которые устанавливаются на корпусе трубы и удерживаются на месте стопорными кольцами.Доступно множество моделей и дизайнов, но они делятся на две основные категории. Жесткие центраторы имеют фиксированный наружный диаметр (OD), который не зависит от прилагаемой к ним нагрузки. Однако этот наружный диаметр должен быть меньше диаметра наружного диаметра отверстия, иначе центратор может застрять. Это ограничивает максимально достижимый зазор, особенно если фактический размер отверстия больше калибра из-за размыва или других проблем со стабильностью отверстия. Центрирующие элементы с дугообразной пружиной включают в себя что-то вроде пружинной лопасти, которая может выходить за пределы калибра отверстия.Центратор все еще может проходить через узкие места за счет сжатия пружинных лопастных элементов. Однако прогиб зависит от передаваемой нагрузки и больше в наклонно-направленных скважинах, где часть или весь вес трубы поддерживается центратором.

Современные пакеты моделирования цементирования, такие как служба Halliburton iCem ^® , могут прогнозировать зазор и эффективность укладки цемента с учетом свойств жидкостей, которые будут использоваться при цементных работах, рабочих характеристик и программы размещения центраторов и фактическая геометрия ствола скважины, измеренная штангенциркулем LWD или специальным кабелем.С помощью этих инструментов можно оценить влияние ствола скважины, а также оптимизировать выбор центратора и расстояние между ними, чтобы гарантировать, что цемент может изолировать критические зоны.

6. Какие системы и технологии у вас есть, чтобы помочь оператору выполнить цементную работу на протяжении всего срока службы скважины?

Weatherford: Конструкция цементирования зависит от характеристик скважины, региональных проблем и нагрузки на обсадную колонну и цементное соединение в течение срока службы скважины. Weatherford предлагает различные технологии для удовлетворения требований клиентов.В настоящее время повышенным спросом пользуются следующие технологии:
• Газонепроницаемая суспензия CemTite ™ для газовых скважин предотвращает миграцию газа в структуру цемента в переходный период, когда цемент переходит из жидкого состояния в твердое. Эти свойства обеспечиваются химическим веществом, которое обеспечивает высокий контроль водоотдачи и создает плотную пленку на поверхности цементного раствора.
• Легкая суспензия, такая как CemLite ™, очень часто используется в скважинах с низким градиентом трещин и потенциальными зонами потери циркуляции.
• Гибкие и расширяемые цементные системы, такие как CemPly ™ и CemPand ™, которые становятся все более популярными для горизонтальных скважин с заканчиванием с многостадийным ГРП.
• Самовосстанавливающийся цемент CemHeel ™ разработан для скважин с высоким пластовым давлением и высоким риском миграции флюида в затрубное пространство на поверхность (такие системы используются в верхней части затрубного пространства и включают специальные добавки, которые расширяются при выходе флюида. через микрокольцевые трещины и блокировать миграцию жидкости
через цемент).

Высокая эффективность вытеснения бурового раствора — очень важный фактор. Мы предлагаем комплексный подход, заключающийся в качественном проектировании дистанционных и цементных растворов, разработке программы централизации и предоставлении инструментов для вращения обсадной колонны и возвратно-поступательного движения до и во время цементирования. Мы можем определить и спроектировать эффективность вытеснения бурового раствора при вращении обсадной колонны и возвратно-поступательном движении, используя специальное сертифицированное программное обеспечение CemPRO + для определения режимов потока для эффективного вытеснения бурового раствора и хорошего сцепления цемента.

Weatherford — единственная сервисная компания, которая может применять комплексный подход, включая услуги по цементированию насосов, оборудование для цементирования и оборудование для вращения обсадной колонны
и возвратно-поступательного движения для обеспечения высокого качества цементирования.

Schlumberger: Нефтяная промышленность перешла от простого доступа к более сложным условиям с точки зрения глубины, давления, глубины воды и свойств пласта. Самые современные цементные системы включают самовосстанавливающиеся системы, которые могут восстановить свою целостность при контакте с углеводородами, если они когда-либо были потеряны по какой-либо причине.Существуют также гибкие системы, которые выдерживают экстремальные скважинные условия в течение всего срока службы скважины, включая перфорацию, интенсификацию, изменения температуры и давления во время добычи и даже в ограниченной степени природные явления.

Halliburton: Как уже говорилось, размещение цементного раствора в стволе скважины — это только первый шаг. Чтобы цемент сохранял свою функцию на протяжении всего жизненного цикла скважины, механические свойства цемента должны быть спроектированы таким образом, чтобы выдерживать возложенные на него нагрузки.

Доступны программные пакеты конечных элементов, такие как программа Halliburton WellLife ™, которая может преобразовывать запланированные эксплуатационные нагрузки на различных этапах, таких как испытание под давлением при вводе в эксплуатацию, заканчивание скважины с использованием более легкой жидкости для заканчивания, обработки интенсификации и т. Д., В испытываемые напряжения. цементной оболочкой. С их помощью свойства цемента, такие как модуль Юнга, коэффициент Пуассона, прочность на сжатие, предел прочности на разрыв и расширение / усадка, могут быть спроектированы для поддержания надлежащей изоляции.С установленными требованиями к свойствам цементные системы могут быть выбраны, испытаны и аттестованы в итеративном процессе, чтобы гарантировать надежный барьер в запланированных условиях ствола скважины.

Ресурсы, необходимые для определения механических свойств цемента, доступны в сети технологических центров Halliburton, которые предлагают рамы нагрузки на сжатие и другие специализированные испытательные аппараты.

Реактивные цементные смеси, такие как цемент LifeCem ™ от Halliburton, могут обеспечить дополнительную уверенность в тех случаях, когда условия в стволе скважины за пределами запланированной оболочки вызывают растрескивание цемента.Эти системы реагируют на контакт с углеводородами, герметизируя трещины и останавливая потоки углеводородов, чтобы поддерживать целостность цементной оболочки.

7. Какие конкретные решения вы предлагаете для высокотемпературных и высоконапорных скважин и скважин в агрессивной среде?

Weatherford: Основная задача при проектировании цемента для скважин HPHT заключается в решении проблемы прочности сцепления цемента при высоких температурах и низких потерях жидкости, чтобы предотвратить попадание пластового газа и жидкостей в структуру цемента.Это достигается за счет использования микрокремнезема и кремнеземной муки с различным размером и концентрацией частиц, а также пластификаторов и агентов водоотдачи. Мы также предлагаем специальные рецептуры тяжелых цементных растворов, таких как CemRock ™ с плотностью 2,3 г / см3 для использования в скважинах HPHT.

Schlumberger: В наш портфель входят системы, специально разработанные для работы в условиях высоких температур для геотермальных нагнетательных скважин; мы также предлагаем системы, способные сохранять свою целостность при воздействии агрессивных пластовых флюидов, таких как CO2 и h3S.Эти системы основаны на разработанных сухих смесях запатентованных продуктов, которые тщательно скомпонованы для обеспечения превосходных свойств по сравнению с обычным цементом.

Halliburton: Портландцемент подвержен снижению прочности, вызванному изменением фаз при температурах выше прибл. 110 ° C и воздействие влажного CO2, основного механизма коррозии, обычно встречающегося в таких областях, как улавливание и хранение углерода и закачка воды. Сульфатное воздействие может быть еще одной проблемой, но классификации цемента для конкретных месторождений охватывают это в различных спецификациях по сульфатостойкости основных классов цемента.Покупка базового цемента с высокой сульфатостойкостью (HSR) предотвратит любые проблемы с этой стороны.

Снижение термической прочности можно контролировать, добавляя к цементной смеси компоненты диоксида кремния, которые предотвращают образование дестабилизирующей фазы до температур около 300 ° C. Но растущие потребности в диоксиде кремния также повлияют на свойства цемента, поэтому, возможно, придется рассмотреть альтернативные непортландские системы.

Halliburton имеет два основных продукта в непортландской высокотемпературной области: цемент Thermalock ™, непортландцемент и жидкость Thermatek, термореактивный герметик, разработанный в основном для операций по перекрытию воды и закупорке пробок.

Цемент

Thermalock имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что он не подвержен воздействию СО2 и поэтому подходит для агрессивных сред.

8. Какие проблемы возникают в связи с бурением в России большего количества наклонно-направленных скважин и как вы их решаете?

Weatherford: Как отмечалось выше, требуется комплексный подход к цементированию наклонно-направленных и горизонтальных скважин. Клиенты часто запрашивают высококачественное цементирование у поставщиков услуг по цементированию, когда качество централизации низкое.А для эффективного цементирования Weatherford всегда рекомендует подрядчикам по бурению и цементированию надлежащим образом кондиционировать ствол скважины. Вращение перед и во время цементирования также положительно влияет на качество цементной связи, если невозможно обеспечить хорошую централизацию. Кроме того, мы подбираем рецептуры цементного раствора с низкими реологическими свойствами и оптимальными распорками для обеспечения цементирования в узких кольцевых зонах и сильно отклоненных интервалах без существенного повышения давления из-за трения цемента во время перекачки.

Schlumberger: Удаление бурового раствора и очистка скважин являются одними из самых серьезных проблем для наклонно-направленных скважин. Важно подчеркнуть важность правильного планирования и положительное влияние совместной работы с оператором для достижения цели гидравлической изоляции.

Выбор бурового раствора, правильная централизация трубы и возможность ее вращения, подготовка бурового раствора перед цементированием, очистка ствола, правильный выбор и проектирование цементирующих жидкостей, возможность управления иерархией давления трения, скоростями в затрубном пространстве и адекватным моделированием температуры. среди списка
внимательно контролировать.

Halliburton: При цементировании более высокие отклонения вызывают проблемы двух видов. Во-первых, установленные центраторы на почти горизонтальном участке должны будут выдерживать почти весь вес трубы, иначе труба будет прижата к стенке скважины. Полученного зазора может быть недостаточно для покрытия всего затрубного пространства цементом. Жесткие центраторы или высокопрочные центраторы с дугообразной пружиной потребуются для обеспечения зазора для успешного размещения цементного раствора.Вращение трубы, которое разрушит гели на узкой стороне кольцевого пространства и распределит цемент по всей окружности, также является эффективным механизмом смягчения последствий. Сопутствующей проблемой в этом контексте является возможность подвести колонну труб к забое скважины без поддержки опускающегося веса обсадной колонны и повышенного трения сопротивления трубы или центратора, касающегося стенки скважины. Композитные лопасти центратора Protech ™ с низким коэффициентом трения, отформованные непосредственно на корпусе трубы, могут помочь удерживать корпус трубы вдали от стенки и снизить факторы трения.Хорошее моделирование крутящего момента и сопротивления, доступное в программных пакетах Halliburton iCem ™ и DecisionSpace ™, позволяет прогнозировать, удастся ли спустить колонну на глубину
или есть вероятность преждевременного зависания.

Вторая проблема для цементирования заключается в том, что иерархия плотности (более тяжелые жидкости вытесняют более легкие жидкости вверх) не работает, если направление ствола скважины больше не вверх или вниз, а горизонтально. При проектировании реологии жидкости необходимо уделять особое внимание для обеспечения эффективного вытеснения жидкости, когда более густые жидкости будут вытеснять более тонкие жидкости в направлении потока, независимо от направления силы тяжести.

9. Поскольку российские месторождения работают на обширных территориях, в удаленных и суровых условиях, это оказывает прямое влияние на операции по цементированию. Как вы отслеживаете и поддерживаете ОК и КК жидкого навоза и оборудования в суровых условиях?

Weatherford: В отдаленных районах с экстремально низкими температурами мы используем только сухие добавки для приготовления цементных растворов и распорок. Weatherford имеет специальные пред- и послеоперационные процедуры для автомобилей. Транспортные средства должны быть подготовлены к каждой поездке и операции заблаговременно.Очень важно использовать и правильно контролировать жидкости для смешивания цемента и распорки. Температура смешиваемых жидкостей должна быть близка к определенным расчетным температурам для цемента и распорки, чтобы сохранить свои свойства в соответствии с результатами лабораторных испытаний. Мы также даем рекомендации по опрессовке цементировочных линий перед цементированием рассолом во избежание замерзания.

Weatherford предоставляет мобильные лаборатории, предназначенные для лабораторных испытаний на удаленных месторождениях. Также доступны обогреватели персонала на буровых площадках в районах с экстремально низкими температурами.

Schlumberger: Наша организация развернула широкий спектр операционных баз по всей территории, у нас есть сильный технический персонал, присутствующий в каждом месте. Мы очень гордимся нашими высокими стандартами в отношении предоставления стандартизированного обучения нашему техническому сообществу; наши инженеры участвуют в процессе разработки с фиксированным шагом, который включает технические школы в России и за рубежом.

Весь процесс задания также стандартизирован, от планирования до выполнения.Процесс контроля качества отслеживается для обеспечения надлежащей работы наших добавок, цемента, оборудования, а также нашей компетентности персонала. Мы построили техническую сетевую структуру, которая начинается с полевых местоположений и лабораторий и разрастается до уровня округа и округа, пока не достигнет поддержки глобального сообщества, занимающейся предоставлением поддержки и обменом знаниями по всему миру.

Halliburton: Суровые места создают целый ряд проблем для цементирования.Обычное цементировочное оборудование может отказаться работать при низких температурах, жидкости на водной основе могут замерзнуть и, возможно, повредить оборудование, тепло, выделяемое при гидратации цемента, может дестабилизировать вечную мерзлоту у поверхности, а удаленные места могут сделать мобилизацию дополнительных материалов, запасных частей и оборудования в сезон невозможной.

Halliburton предлагает ряд оборудования повышенной прочности, например Ruggedized Global Truck (RGT), который может работать при температурах от -35 ° C до 45 ° C с автономными смесительными баками и зимним шасси 8 × 8 для тяжелых условий эксплуатации.

Для контроля качества конструкций навозной жижи в удаленных местах Halliburton обычно отправляет самодостаточный сервисный парк на удаленные месторождения, который включает специализированную полевую лабораторию, которая может проводить эксплуатационные испытания перекачиваемых жидкостей на месте.

Что касается вечной мерзлоты, Halliburton может предложить различные технологии, которые могут ограничить тепловыделение и обеспечить заполнение рыхлых отверстий и отверстий с мягким верхом.

Тимур Оксюковский

С 2016 года Тимур Оксюковский работает в Weatherford в должности менеджера по продажам цементного оборудования.Ранее он в течение 5 лет работал в известной нефтегазовой сервисной компании координатором проектов цементирования и техническим инженером в Северной Америке на месторождениях Хейнсвилл, Игл Форд, Фейетвилл и Марселлус. В 2010 году окончил РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина.

Педро Флорес

Технический инженер Schlumberger по России и Центральной Азии.

За 20 лет работы в цементном бизнесе Педро накопил опыт работы на нескольких морских объектах в Мексиканском заливе, Персидском заливе, Средиземном море, Черном море, Каспийском, Охотском море и в нескольких местах на суше в Северной Америке, Мексике и Средиземном море. Восток.

В частности, за свою карьеру он занимал различные технические должности, в том числе занимал различные должности технического менеджера по глубоководным операциям в Мексиканском заливе и технического инструктора по цементированию в школе Schlumberger в Северной Америке.

Зелимир Екич

Зелимир Екич — технический менеджер по Евразии в компании Halliburton, базирующейся в России с 2015 года. В общей сложности он имеет более 18 лет опыта в цементировании. В 1998 году он окончил горно-геологический факультет Белградского университета в Сербии.После окончания работал в компании NIS-Naftagas, Сербия, на различных должностях и до должности руководителя отдела цементирования и кислотной обработки. В 2008 году он присоединился к группе цементирования Halliburton в России и руководил многими критическими операциями, включая скважину Университет-1 в Карском море для СП ExonMobil и Роснефть.

по .

Цементирование скважин — повторная публикация в Википедии // WIKI 2

Цементирование скважины — это процесс введения цемента в кольцевое пространство между стволом скважины и обсадной колонной или в кольцевое пространство между двумя последовательными обсадными колоннами. ^[1] Персонал, выполняющий эту работу, называется «цементниками».

Энциклопедия YouTube

• ✪ Обзор обсадных труб и цемента для нефтяных и газовых скважин YouTube

• ✪ Цементирование и ГРП

• ✪ Нефтегазовая обсадная колонна и цементирование. Часть 5. Процесс цементирования на буровых установках.

Содержание

Принцип цементирования

1. Для поддержки вертикальных и радиальных нагрузок, приложенных к обсадной колонне
2. Изолировать пористые образования от пластов продуктивной зоны
3. Исключить нежелательные подповерхностные флюиды из продуктивного интервала
4. Защитить корпус от коррозии
5. Устойчивость к химическому разрушению цемента
6. Ограничить аномальное поровое давление
7. Для увеличения возможности поражения цели

Цемент вводится в скважину с помощью цементировочной головки.Это помогает перекачивать цемент между спуском верхней и нижней пробок.

Самая важная функция цементирования — достижение зональной изоляции. Другая цель цементирования — добиться хорошего сцепления цемента с трубой. Слишком низкое эффективное ограничивающее давление может привести к тому, что цемент станет пластичным.

Что касается цемента, следует отметить, что нет корреляции между прочностью на сдвиг и прочность на сжатие. Еще один факт, который следует отметить, заключается в том, что прочность цемента находится в диапазоне от 1000 до 1800 фунтов на квадратный дюйм и для пластового давления> 1000 фунтов на квадратный дюйм; это означает, что сначала выйдет из строя цементное соединение трубы.Это привело бы к развитию микрокольцевиков вдоль трубы. ^[2]

Классы цемента

A. 0–6000 футов используется, когда не требуются специальные свойства.

B. 0–6000 футов используется, когда условия требуют средней или высокой сульфатостойкости

C. 0–6000 футов используется, когда условия требуют высокой начальной прочности

D. 6000–10000 футов, используется при умеренно высоких температурах и давлениях

E. 10000–14000 футов используется в условиях высоких температур и давлений

Ф.10000–16000 футов используются в условиях чрезвычайно высоких температур и давлений

G. 0–8000 футов можно использовать с ускорителями и замедлителями схватывания, чтобы покрыть широкий диапазон глубин и температур скважин.

H. 0–8000 футов можно использовать с ускорителями и замедлителями схватывания, чтобы охватить широкий диапазон глубин и температур скважин.

J. 12000–16000 футов можно использовать в условиях чрезвычайно высоких температур и давлений или можно смешивать с ускорителями и замедлителями схватывания, чтобы охватить диапазон глубины и температур скважины.

Цемент API марок A, B и C соответствует типу I, II и III ASTM.

Параметры цемента

Учитывая множество параметров цемента, лучший, наиболее тщательный и практичный метод создания цементной смеси — это лабораторные испытания.

Испытания должны проводиться на образце цемента, который будет использоваться на строительной площадке.

Добавки и механизм действия

Есть 8 общих категорий добавок.

1. Ускорители сокращают время схватывания и увеличивают скорость набора прочности на сжатие.
2. Замедлители увеличивают время схватывания.
3. Разбавители понижающие плотность ^[3]
4. Утяжелители увеличивают плотность. ^[4]
5. Диспергаторы снижают вязкость.
6. Средства контроля водоотдачи .
7. Агенты по борьбе с потерей циркуляции .
8. Специальные агенты . ^[5]

Ускорители

Может быть добавлен для сокращения времени схватывания или для ускорения процесса отверждения.

Хлорид кальция при правильных условиях улучшает прочность на сжатие и значительно сокращает время загустевания и схватывания. Используется в концентрациях до 4,0%. Механизм этого процесса обсуждается, но выдвигаются четыре основные теории.

1. Он влияет на фазу гидратации по одной из следующих теорий:
   1. Ионы хлора (Cl-) усиливают образование эттингита (кристаллического) Tenoutasse 1978.
   2. Повышает гидратацию системы алюминатная фаза / гипс.Traettenber & Gratten Bellow 1975.
   3. Ускоряет гидратацию C3S. Штейн 1961
2. Изменяет структуру C-S-H.
   1. Управляет диффузией воды и ионных частиц.
   2. Гель C-S-H имеет большую площадь и быстрее реагирует.
3. Диффузия хлорид-ионов;
   1. Ионы Cl ^— диффундируют в гель C-S-H быстрее, и этот процесс приводит к более быстрому осаждению портландита.
   2. Меньший размер ионов Cl ^— вызывает большую тенденцию к диффузии в мембрану C-S-H.В конце концов, мембрана C-S-H лопается, и процесс гидратации ускоряется.
   3. Изменяет состав водной фазы.

Хлорид кальция также выделяет большое количество тепла во время гидратации. Это тепло может ускорить процесс гидратации.

Это тепло вызывает расширение и сжатие корпуса при его рассеивании. Различная скорость расширения и сжатия может привести к отрыву обсадной колонны от цемента и образованию микроколец.Он также может влиять на реологию цемента, развитие прочности на сжатие, вызывать усадку на 10-15%, со временем увеличивает проницаемость и снижает сульфатостойкость.

Замедлители

Они работают по одной из 4 основных теорий;

1. Теория адсорбции: замедлитель схватывания адсорбируется и препятствует содержанию воды.
2. Теория осаждения: реагирует с водной фазой с образованием непроницаемого и нерастворимого слоя вокруг зерен цемента.
3. Теория нуклеации: замедлитель схватывания отравляет продукт гидратации и предотвращает рост в будущем.
4. Теория комплексообразования: ионы Ca + хелатируются замедлителем схватывания. Ядро не может быть сформировано должным образом.

Лигносульфонаты : Полимеры, полученные из древесной массы. Эффективен для всех портландцементов и добавляется в концентрациях от 0,1% до 1,5% BWOC. Он впитывается в гель C-S-H и вызывает изменение морфологии на более непроницаемую структуру.

Гидроксикарбоновые кислоты — в их молекулярной структуре есть гидроксильные карбоксильные группы. Ниже 93 ° C они могут вызвать чрезмерное замедление.Они работоспособны до температуры 150 ° C. Одна кислота, используемая в лимонной кислоте, с эффективной концентрацией от 0,1% до 0,3% BWOC.

Сахаридные соединения : сахара являются отличными замедлителями схватывания портландцемента. Такие соединения обычно не используются из-за того, что степень замедления очень чувствительна к изменению концентрации. Это также зависит от чувствительности соединения к щелочному гидролизу.

Производные целлюлозы : Полисахариды, полученные из древесины или растительного сырья, устойчивые к щелочным условиям цементного раствора.

Органофосфаты : Алкиленфосфоновые кислоты.

Неорганические соединения :

Кислоты и сопутствующие соли

Хлорид натрия, используемый в концентрациях до 5,0% и при температурах на забое скважины ниже 160 ° F. Он улучшает прочность на сжатие и сокращает время загустевания и схватывания.

Оксиды цинка и свинца.

Удлинители

Снижение плотности раствора — снижает гидростатическое давление во время цементирования.Увеличивает выход раствора — уменьшает количество цемента, необходимое для производства заданного объема.

Разбавители воды — Позволяют / облегчают добавление воды для увеличения объема цементной смеси / раствора.

Заполнители низкой плотности — Материалы с плотностью меньше портландцемента (3,15 г / см3)

Полые стеклянные микросферы — спроектированные высокопрочные (одноклеточные) низкоплотные (средняя истинная плотность всего 0,3 г / куб.см для версий средней прочности), непористые полые стеклянные сферы, обычно со средним размером частиц менее 40 мкм, позволяют гидравлические цементные растворы от 8 фунтов на галлон (960 кг / м3)

Газообразные расширители — Для приготовления пены можно использовать азот или воздух.

Глины — Силикаты алюминия водные. Наиболее распространенным является бентонит (85% минеральной глины смектита). Может использоваться для получения цемента плотностью от 11,5 до 15,0 ppg с концентрацией до 20%. Используется с соотношением API 5,3% воды к 1,0% бентонита.

Бентонит — добавляется вместе с дополнительной водой, используется для контроля удельного веса, но делает цемент плохим.

Пуццолан — тонко измельченная пемза летучей золы. Пуццолан стоит очень мало, но не позволяет значительно снизить вес суспензии.

Диатомовая земля — также требует добавления воды. Свойства аналогичны свойствам бентонита.

Кремнезем — α-кварц и конденсированный микрокремнезем. α-кварц применяется для предотвращения падения прочности в термальных скважинах. Пары кремнезема (микрочастицы) обладают высокой реакционной способностью и считаются наиболее эффективным из имеющихся пуццолановых материалов. Большая площадь поверхности увеличивает потребность в воде для получения перекачиваемой суспензии. Из такой смеси можно получить цементный раствор до 11.0 стр.

Нормальная концентрация = 15% BWOC, но может достигать 28% BWOC. Иногда может использоваться для предотвращения кольцевой миграции жидкости.

Expanded Perlite — Используется для уменьшения веса при добавлении воды. Без бентонита перлит отделяется и всплывает в верхнюю часть шлама. Может использоваться для получения суспензии всего 12,0 pgg. Бентонит в концентрации 2–4% также добавляется для предотвращения сегрегации частиц и шлама.

Гильсонит — используется для получения суспензии массой всего 12.0ppg. При высоких концентрациях смешивание является проблемой.

Порошковый уголь — Может использоваться для получения суспензии с плотностью от 11,9 pgg, обычно добавляется 12,5-25 фунтов на мешок.

Твердые частицы

Использует латексные добавки для достижения водоотдачи. Эмульсионные полимеры поставляются в виде суспензий полимерных частиц. Они содержат около 50% твердых веществ. Такие частицы могут физически закупорить поры фильтрационной корки.

Водорастворимые полимеры

Они увеличивают вязкость водной фазы и уменьшают проницаемость фильтрационной корки.

Производные целлюлозы

Органические белки (полипептиды). Не используется при температуре выше 93 ° C.

Неионогенные синтетические полимеры Может снизить скорость потери жидкости с 500 мл / 30 мин до 20 мл / 30 мин.

Существуют также анионные синтетические полимеры и катионные полимеры.

Неионные синтетические полимеры

Может снизить скорость потери жидкости с 500 мл / 30 мин до 20 мл / 30 мин.

Существуют также анионные синтетические полимеры и катионные полимеры. Нельсон, Э. Б., Барет, Дж. Ф. и Мишо, М. (1993). Добавки и механизмы действия . Шугар Лэнд, Техас: Образовательные услуги Schlumberger.

• Marca, C. (1990). Ремонтное цементирование . Шугар Лэнд, Техас: Образовательные услуги Schlumberger.
• Нельсон, Э. Б. (1990). Цементирование скважин . (Э. Б. Нельсон, ред.) Шугар Лэнд Техас 77478: Образовательные услуги Шлюмберже.
• Рэй, П. (1990). Проектирование цементных работ .Шугар Лэнд, Техас: Образовательные услуги Schulumberger.

Внешние ссылки

Эта страница последний раз была отредактирована 24 октября 2019 в 18:58 .