Тампонажные материалы и оборудование для цементирования скважин
Тампонажные материалы.Это такие материалы, которые при затворении водой образуют суспензии, способные затем превращаться в твердый непроницаемый камень.
В зависимости от вида вяжущего материала тампонажные цементы образуются на основе:
портландцемента;
доменных шлаков;
известково-песчаных смесей;
прочих материалов (белитовые и др.).
Для цементирования скважин применяют только два первых вида — тампонажные цементы на основе портландцемента и доменных шлаков.
К цементным растворам предъявляют следующие основные требования:
подвижность раствора должна быть такой, чтобы его можно было закачивать в скважину насосами, и она должна сохраняться от момента приготовления раствора (затворения) до окончания процесса продавливания;
структурообразование раствора, т. е. загустение и схватывание после продавливания его за обсадную колонну, должно проходить быстро;
цементный раствор на стадиях загустения и схватывания и сформировавшийся камень должны быть непроницаемы для воды, нефти и газа;
цементный камень, образующийся из цементного раствора, должен быть коррозионно- и температуроустойчивым, а его контакты с колонной и стенками скважины не должны напллттатьсяг поя ттей-
ствием нагрузок и перепадов давления, возникающих в обсадной колонне при различных технологических операциях.
К важнейшим свойствам цементного раствора относятся: водо-содержание (водоцементное отношение), водоотдача, плотность, подвижность (растекаемость), сроки схватывания, время загустения, седиментационная устойчивость (способность частиц цементного раствора не оседать в жидкости затворения под действием сил тяжести), структурная вязкость, механическая прочность, проницаемость, объемные изменения, коррозионная устойчивость и др.
В зависимости от добавки тампонажные цементы и их растворы подразделяют на песчаные, волокнистые, гельцементные, пуц-цолановые, сульфатостойкие, расширяющиеся, облегченные с низкой водоотдачей, водоэмульсионные, нефтецементные и пр. Номенклатура тампонажных цементов на основе портландцемента и шлака содержит:
тампонажные портландцементы для «холодных» и «горячих» скважин («холодный» цемент -- для скважин с температурой до 50°, «горячий» -- для температур до 100 °С, плотность раствора 1,88 г/см3);
облегченные цементы для получения растворов плотностью 1,4... 1,6 г/см3 на базе тампонажных портландцементов, а также на основе шлакопесчаной смеси (до температур 90... 140°С). В качестве облегчающих добавок используют глинопорошки или молотые пемзу, трепел, опоку и др.;
утяжеленные цементы для получения растворов плотностью не менее 2,15 г/см3 на базе тампонажных портландцементов для температур, соответствующих «холодным» и «горячим» цементам, а также шлакопесчаной смеси для температур 90... 140 °С. В качестве утяжеляющих добавок используют магнетит, барит и др.;
термостойкие шлакопесчаные цементы для скважин с температурой 90...140 и 140... 180°С;
низкогигроскопические тампонажные цементы, предназначенные для длительного хранения.
Регулируют свойства цементных растворов путем изменения водоцементного отношения (В:Ц), а также добавлением различных химических реагентов, ускоряющих или замедляющих сроки схватывания и твердения, снижающих вязкость и показатель фильтрации.
На практике в большинстве случаев применяют цементный раствор с В:Ц = 0,4...0,5. Нижний предел В:Ц ограничивается текучестью цементного камня и удлинением срока схватывания. К ускорителям относятся: хлористые кальций, калий и натрий; жидкое стекло (силикаты натрия и калия); кальцинированная сода; хлористый алюминий. Эти реагенты обеспечивают схватывание цементного раствора при отрицательных температурах и ускоряют
Замедляют схватывание цементного раствора такие химические реагенты, как гидролизованный полиакрилонитрил, карбоксиме-тилцеллюлоза, полиакрил амид, сульфитоспиртовая барда, концентрированная сульфинспиртовая барда, нитролигнин. Перечисленные реагенты оказывают комбинированное действие. Все они понижают водоотдачу и одновременно могут увеличивать или уменьшать подвижность цементного раствора.
Для приготовления цементного раствора химические реагенты растворяют предварительно в жидкости затворения (воде). Утяжеляющие, облегчающие и повышающие температуростой-кость добавки смешивают с вяжущим веществом в процессе производства (специальные цементы) или перед применением в условиях бурового предприятия (сухие цементные смеси). От правильного выбора тампонажного цемента и добавок к нему зависит качество строящейся скважины. Поэтому выбор рецептуры тампонажного раствора следует проводить только на основании тщательных лабораторных исследований. Особое внимание следует уделять смешиванию цемента с добавками. В американской практике непосредственно перед приготовлением тампонажного раствора перекачивают сухую смесь в пустой цементосмеситель и обратно. Этим достигают равномерного распределения добавок.
Оборудование для цементирования скважин.К оборудованию, необходимому для цементирования скважин, относятся: цементировочные агрегаты, цементосмесительные установки, цементировочная головка, заливочные пробки и другое мелкое оборудование (краны высокого давления, устройства для распределения раствора, гибкие металлические шланги и т.п.).
При помощи цементировочного агрегата производят затворение цемента (если не используется цементосмеситель-ная установка), закачивают цементный раствор в скважину и продавливают его в затрубное пространство. Кроме того, цементировочные агрегаты используются и для других работ (установка цементных мостов, нефтяных ванн, испытание колонн на герметичность и др.).
Учитывая характер работ, цементировочные агрегаты изготавливают передвижными, с монтажом всего необходимого оборудования на грузовой автомашине. На открытой платформе автомашины смонтированы: поршневой насос высокого давления для прокачки цементного раствора в колонну обсадных труб; ротационный насос, которым подают воду в цементную мешалку во время приготовления цементного раствора; замерные баки, при помощи которых определяют количество жидкости, закачиваемой в колонну для продавки цементного раствора; двигатель для привода насоса (рис. 10.18).
Для цементирования обсадных колонн в отечественной практике применяют цементировочные агрегаты (ЦА) различных ти-
Рис. 10.18. Схема действия цементировочного агрегата при затворе-нии и закачке цементировочного раствора:
7 — замерный бак; 2 — цементный насос; 3 — коробка отбора мощности; 4 — коробка передач автомобиля; 5 — двигатель; 6 — ротационный насос; 7 — цементосмеситель; 8 — цементный бачок
пов: ЦА 320А; ЦА 320С; ЗЦА 400А; УНБ 2-630-50; УНБ-2-160; УНБ2-400-40. Они отличаются друг от друга прежде всего гидравлической мощностью насосов. Для централизованной обвязки цементировочных агрегатов с устьем скважины применяют блок манифольдов. Он состоит из коллектора высокого давления для соединения ЦА с устьем скважины и коллектора низкого давления для распределения воды и продавочной жидкости, подаваемой к ЦА. Блок манифольдов, как правило, оборудован грузоподъемным устройством.
Рис. 10.19. Агрегат смесительный АСМ-25:
1 — шасси несущего автомобиля; 2 — редуктор; 3 — сальниковое уплотнение валов мешалок; 4 — коробка раздаточная цепная; 5 — загрузочный шнековый транспортер; 6 — редуктор загрузочного шнекового транспортера; 7 — смотровой люк; 8 — моечный люк; 9 — указатель уровня; 10 — заливочный трубопровод; 11 — вал мешалки; 12 — резервуар; 13 — выносная опора; 14 — шламовый люк; 75 — донный клапан; 16 — патрубок для соединения с приемным манифольдом ЦА; 17— коробка раздаточная цепная; 18 — коробка отбора мощностей
Рис. 10.20. Головка цементировочная устьевая:
7 — крышка; 2 — накидная гайка; 3 — пробковый кран; 4 — цементировочная пробка; 5 — стопорный винт; 6 — элементы обвязки; 7 — корпус
В отечественной практике цементирования скважин для приготовления тампонажных растворов применяю цементно-сме-сительные установки, снабженные смесительными устройствами гидровакуумного типа. Выпускаются: агрегат смесительный ЗАС-30, установка цементно-смесительная УС630, изготавливается по индивидуальным заказам агрегат смесительный АСМ-25 (рис. 10.19).Цементировочные головки предназначены для промывки скважины и проведения цементирования. Спущенная обсадная колонна оборудуется специальной цементировочной головкой, к которой присоединяются нагнетательные трубопроводы (манифольды) от цементировочных агрегатов. В настоящее время применяются цементировочные головки типа ГЦУ-140-146; ГЦУ-16в; ГЦУ-245; ГЦУ-243; ГЦУ-324; ГЦУ-340 (рис. 10.20). Конструкция цементировочной головки типа ГЦУ рассчитана на максимальное давление 40 МПа. Диаметр обвязываемых колонн этими головками от 140 до 340 мм. Головка состоит из
Рис. 10.21. Цементировочные пробки: а — нижняя самоуплотняющаяся с металлическим остовом; б — верхняя; в — самоуплотняющаяся резиновая |
корпуса 7, крышки 7 с разделительным устройством, трехходовым краном и манометром, двух стопорных винтов 5, пробковых кранов 3, цементировочной пробки 4, элементов обвязки 6 и накидной гайки 2. Корпус головки имеет семь отводов, к четырем из которых, расположенным в нижней части, присоединены угловые трехходовые пробковые краны, а к верхнему боковому -проходной пробковый кран. В остальные два отвода ввинчены стопоры для поддержания цементировочной пробки. Заливочные (разделительные) пробки предназначены для отделения бурового раствора и продавочной жидкости от цементного раствора при цементировании обсадных колонн и получения сигнала об окончании продавки цементного раствора (рис. 10.21). При двухступенчатом цементировании используются специальные цементировочные пробки (см. рис. 10.12).
Дата добавления: 2016-01-03; просмотров: 13625;