Способы цементирования скважин: Цементирование скважин: способы и технологии тампонажа

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

Цементирование скважин

Строительство водозаборной скважины не может обойтись без цементирования скаженного ствола, т.к. от этого мероприятия зависит надежность фиксации металлических обсадочных труб в скважине и отсутствие проникновения жидкости между различными водоносными слоями. Качество проведения цементирования скважины непосредственно влияет на сроки надежной эксплуатации водозабора.

Способы цементирования скважины

Цементирование скважины или тампонаж входит в заключительный этап строения скважины, причем в силу невозвратности процесса отверждения цементного раствора повторное проведение или исправление технологических ошибок практически невозможно, поэтому проведение данного мероприятия несет высокую ответственность с точным соблюдением технологического процесса.

Цементация скважины имеет этапы проведения отдельных работ:

• Подготовительные мероприятия с установкой всего необходимого оборудования для тампонажа, при этом выбирается способ подачи раствора и состав раствора в зависимости от геологических особенностей и строения скважины.
• Закачка раствора в затрубное пространство с вытеснением (замещением) бурового раствора.
• Собственно период цементации (отверждения) раствора и набор крепости камня.

Цементирование скважин имеет два основных способа подачи тампонажного (цементного) раствора в затрубное пространство:

• Простое заполнение затрубного пространства, когда раствор заливается сверху вниз, проникая вглубь под воздействием гравитации. Такой способ применим на объектах без обнаружения отклонений разноструктурных слоев грунта и присутствия плавунов, т.к. цементируемый раствор не всегда плотно и глубоко заполняет затрубное пространство. Большую роль в таком тампонажном способе играет глубина скважины, ведь проникновение раствора на глубину более 10 м значительно осложняется его изменением вязкости из-за капиллярного водопоглощения грунта.
• «Обратное» заполнение затрубного пространства требует применения специализированной техники, способной подавать тампонажный раствор под большим давлением. Технология обратного цементирования скважины заключается в подаче раствора в затрубное пространство снизу, для чего в обсадочную трубу водозабора устанавливается «башмак», который перекрывает водоносный ствол и направляет закачиваемый цементный раствор, подаваемый через скважину, в затрубное пространство. Подъем тампонажного цементного раствора осуществляется за счет создаваемого давления, при этом происходит вытеснение наружу остатков бурового грунта, что создает особо качественное заполнение затрубного пространства с надежной герметизацией.

При телескопическом изготовлении водоносной скважины тампонаж присутствует на каждом этапе установки телескопической секции трубы, при этом бурение продолжают только после полного затвердения цементного раствора.

Видео инструкция — Обсадка и цементирование скважины

Особенности цементирования

Цементирование скважин осуществляется только после тщательного изучения геологических особенностей пробуренного ствола, т.к. неправильный выбор метода подачи и состава раствора может привести к некачественному проведению мероприятия с перерасходами материалов.
Особую важность при тампонаже имеет состав цементируемого раствора, который существенно отличается составом в зависимости от структуры грунтовых слоев:

Для лучшего заполнения затрубного пространства с целью надежной герметизации используют расширяющиеся в объеме цементные растворы.

Цементирование скважин с пористой горной структурой не может проводиться стандартным цементным раствором, т.к. он будет проникать глубоко в геологическую структуру, приводя к большим перерасходам раствора. Поэтому при обнаружении пористых слоев грунта применяют цементные растворы с волокнистым наполнителем из асбеста, бумаги, тростника и других волокнистых материалов.

Стандартный цементно-песчаный раствор используют при обнаружении глинистого грунта, с которым обеспечивается надежное сцепление, при этом жидкий раствор позволяет выполнить высокое разобщение слоев грунта, т.е. организуется качественная межпочвенная герметизация.

Этапы работы

Цементирование скважины выполняется в строгой последовательности:

• Выбор способа заполнения затрубного пространства и подбор состава цементирующего раствора.
• Подготовка оборудования, в которую входит проверка максимального рабочего давления и производительности подачи раствора.
• Тщательная промывка скважины и затрубного пространства водой с целью тщательной очистки пространства от буровых остатков грунта, т.к. их присутствие вызывает при тампонировании ослабление заполнения цементным раствором. Некачественное заполнение цементным раствором затрубного пространства может в дальнейшем привести к перемещению грунта и возникновению деформации обсадной трубы.
• Замес тампонажного раствора в специализированном оборудовании с добавлением коррекционных добавок, регулирующих пластичность раствора и его сроки схватывания, ведь заполнение затрубного пространства требует значительного времени.
• Заполнение затрубного пространства со строгим контролем качества заполнения по остаткам заливаемого раствора и выходу наружу промывочной жидкости.
• Чтобы обеспечить качественное заполнение пространства без нарушения самой скважины время жизни тампонажного раствора должно составлять не менее 3 часов, а его полное отверждение должно осуществляться не позднее 72 часов.

Фиксация раствора до момента его схватывания. Выдержка скважины до полного отверждения цементного раствора.

Так как от качества цементирования скважины зависит ее срок эксплуатации, то этому этапу строения скважины уделяется особое внимание, при этом без привлечения профессионального оборудования невозможно выполнить качественный тампонаж.

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.

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.

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.

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

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.

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

обзор технологий, расчет и оборудование для тампонирования

Для обеспечения эффективной работы скважины должна быть выполнена обязательная герметизация пространства между обсадной трубой и основными стенками сооружения.

Тампонаж или цементирование скважины выполняется путем подачи специальных вяжущих растворов в скважину или непосредственно за обсадную трубу.

Дезинфекция воды в колодце

Что дает тампонирование скважины?

Данный технологический прием позволяет достичь нескольких целей:

• Дополнительное крепление обсадной трубы, снижающее риск ее деформации и нарушения стыков.
• Герметизация различных водяных горизонтов. Процесс цементирования скважины позволяет предотвратить проникновение верховодки на горизонт с питьевой грунтовой водой вдоль поверхности обсадной трубы.
• Некоторые растворы для тампонажа выполняют функцию дополнительного гидроизолятора.

Типы применяемых растворов и особенности цементирования

Перед выполнением работ по цементированию скважин необходимо выполнить целый ряд расчетов, определяющих необходимое количество применяемой смеси, ее тип, способ подачи в пространство за обсадкой скважины.

Анализ скважины

При выполнении анализа необходимо учитывать следующие факторы:

• Глубина скважины и размер зазора между обсадной трубой и стенками сооружения.
• Геометрия скважины, имеющиеся нарушения, выявленные в процессе бурения.
• Состав грунта и его особенности (пористость, трещиноватость и другое).

Многие данные для анализа принимаются на основе ранее выполненных в данном районе работ. Только грамотный и точный расчет цементирования скважины поможет получить положительный эффект от операции при минимальном расходе материалов.

Следует помнить о том, что цементирование это необратимый процесс, поэтому исправить ошибки практически никогда не удается, а это приводит к снижению эффективности скважины, поэтому разработку проектных решений, связанных с тампонажем, должен выполнять профессиональный бурильщик.

В качестве рабочего раствора могут применяться различные смеси, выбор зависит от особенностей грунта:

• Стандартная цементно-песчаная смесь (раствор) может использоваться для тампонажа скважины, устроенной в плотном глинистом грунте.
• Если скважина пробурена в грунтах пористого типа или имеющих пористую структуру, то необходимо применять смеси с различными наполнителями (бумага, асбест, другие материалы с волокнистой структурой). Попытка затампонировать скважину стандартной смесью приводит к значительному перерасходу материала.
• В последнее время все чаще стали использоваться вспенивающиеся смеси, способные увеличивать свой объем в процессе затвердевания. Применение таких материалов позволяет существенно повысить качество герметизации скважины.

Технология цементирования

На практике применяют следующие основные способы цементирования скважин:

Тампонирование скважины

• Прямая закачка рабочего раствора в пространство за обсадной трубой, при этом тампонажная смесь движется сверху вниз под собственным весом. Способ отличается простотой, на качество цементирования может быть недостаточно высоким.
• Более приемлемым считают обратное цементирование. По данной технологии внизу скважины устанавливается пробка или диафрагма, перекрывающая рабочую зону. Рабочая смесь подается непосредственно в обсадную трубу, после чего начинается продавливание раствора при помощи подачи специальной жидкости под высоким давлением. При этом смесь попадает в пространство за обсадной трубой и перемещается снизу вверх.
• Глубокие скважины тампонируются в несколько этапов, по отдельным участкам.

Выбирая методы цементирования скважины необходимо учитывать то, что процесс должен дать следующие результаты:

• Раствором для тампонажа должно быть заполнено все пространство между обсадной трубой и стенками скважины. Наличие пустот не допускается, при этом полученный цементный слой должен обладать хорошим сцеплением со всеми поверхностями.
• Полученный так называемый цементный камень должен выдерживать воздействие грунтовых вод, в состав которых могут входить различные химические соединения, в том числе и агрессивные. Кроме того, он должен обладать высокой механической прочностью, способностью выдержать значительные нагрузки, которые могут возникать на большой глубине под действием окружающих пород.
• Из зоны тампонирования промывочная жидкость должна быть вытеснена полностью, ее остатки в зацементированном массиве считаются браком.

Какое оборудование необходимо для выполнения тампонажа?

Основное оборудование для цементирования скважин — цементно-смесительные агрегаты и цементировочные машины.

Данные механизмы осуществляют следующие операции:

Оборудование для тампонажа

• Приготовление раствора для тампонажа, смешивание его компонентов, доведение массы до необходимой консистенции.
• Подача раствора в скважину или непосредственно в пространство за обсадной трубой. При этом агрегаты должны обеспечивать подачу смеси под высоким давлением, величина которого может изменяться в зависимости от условий выполнения работ.
• При выполнении работ в несколько этапов применяют специальные заиловочные пробки, которые позволяют отделить необходимый сегмент скважины.
• Цементировочная головка, используемая для промывки ствола скважины от остатков бурового грунта (наличие таких включений существенно снижает качество цементирования).

После выполнения работ по цементированию необходимо выдержать время до полного отвердения раствора, на это обычно уходит до 3 суток. Только после истечения этого срока можно приступать к выполнению других операций по скважине.

Работы по цементированию скважины отнесены к технологическим процессам, к которым предъявляются жесткие требования по соблюдению технологии. Только в этом случае можно обеспечить высококачественную герметизацию обсадной трубы. Работы такого назначения должны выполнять профессионально подготовленные исполнители.

Способы цементирования скважин

Способ цементирования выбирается в зависимости от условия залегания, литологического состава, проницаемости и степени насыщенности продуктивных пластов. Существует несколько способов цементирования скважин:

1. Одноступенчатый

2. Двухступенчатый

3. Манжетный

Одноступенчатое цементирование наиболее распространенное и заключается в следующем (рисунок 73). После того, как обсадная колонна спущена в скважину, на устье устанавливают цементировочную головку и приступают к промывке до полного выравнивания плотности бурового раствора (плотность бурового раствора на входе в скважину должна равняться плотности на выходе).

Перед началом цементирования все манифольдные линии от цементировочных агрегатов к цементировочной головке должны быть опрессованы на 1,5 кратное давление относительно рабочего в течение 3 минут.

Перед закачиванием в скважину цементного раствора желательно в колонну закачать буферную жидкость (водный раствор солей NaCl, CaCl₂ и др. или щелочь NaOН) для разжижения бурового раствора и уменьшения вязкости и статического напряжения сдвига.

Затем при помощи цементировочных агрегатов и цементосмесителей затворяют цементный раствор, который закачивают в обсадную колонну через цементировочную головку. Для того, чтобы расчетный объем цементного раствора выдавить в затрубное пространство, необходимо освободить цементировочную разделительную пробку, которая удерживается внутри цементировочной головки с помощью стопорного винта. Сверху цементировочной разделительной пробки в обсадную колонну закачивают продавочную жидкость.

Рисунок 73. Схема одноступенчатого цементирования

Последние 0,5-1 м³ продавочной жидкости закачивается одним цементировочным агрегатом. В результате пробка «садится» на кольцо-стоп и в этот момент резко возрастает давление на цементировочной головке. Это служит окончанием процесса цементирования.

Двухступенчатое цементирование применяется в тех случаях, когда возникают трудности подъема цементного раствора на заданную высоту, либо высокая забойная температура, ограничивающая по времени проведение одноступенчатого цементирования, или требуется не сплошное цементирование.

Для этого в оснастку обсадной колонны включают разделительную цементировочную муфту, которую устанавливают на границе интервалов цементирования. Цементирование нижнего интервала происходит таким же образом как и одноступенчатое.

Перед тем, как закачать вторую порцию тампонажного раствора объемом, равным объему верхней части затрубного пространства, в скважину сбрасывают шар. Дойдя до цементировочной муфты, шар под действием давления сдвигает вниз подвижную втулку и открываются боковые отверстия, через которые в затрубное пространство выходит вторая порция тампонажного раствора.

Узнать еще:

Цементирование Скважин (Тампонаж): Виды, Способы, Проведение

Ликвидационный тампонаж скважины

Цементирование скважин, или как его ещё называют тампонаж, является одним из наиболее важных этапов их строительства, и касается это не только нефтяных, но и водозаборных сооружений.
Суть данной операции состоит в том, что пространство, образовавшееся между стенками трубы и проходки, должно быть заполнено цементным раствором. Вот об этом мы и поговорим в данной статье.

Всё о тампонаже

Цементация глубоких скважин производится с учётом опыта прежних лет, с помощью современного оборудования и научных изысканий. Типовые схемы производства данных работ отработаны до мельчайших нюансов, и их грамотное выполнение очень важно.
Во-первых, тампон препятствует воздействию напорных вод и плывунов на ствол скважины, не давая им размывать шахту. Во-вторых, застывший раствор жёстко фиксирует конструкцию, предупреждая смещение колонн.
Итак:

• Тампонируют скважины (см. Тампонаж скважин: для чего это нужно) не только в процессе строительства, но и при консервации и ликвидации – только технологии несколько отличаются. Хотя, абсолютно всё учесть невозможно, так как в каждом случае бывают разными условия работы: техническое оснащение, конструкция скважины, геологические условия, протяжённость цементного моста.

Поэтому, технологии нередко уточняются по ходу производства работ, и это нормально.
Главное, чтобы данный процесс обеспечил следующие требования:

• Чтобы соблюсти данные условия, необходимо контролировать и регулировать характеристики промывочной жидкости, с целью снизить её вязкость. Напомним, что промывка производится в процессе бурения, что позволяет размягчать грунт, и вымывать из проходки шлам.
  Цементный раствор нагнетается в затрубное пространство с такой скоростью, которая может обеспечить режим турбулентности.
• В каждом конкретном случае рецептура раствора, подбирается индивидуально. Его свойства определяют как продолжительность тампонажных работ, так и режимы закачки и продавливания раствора.
  Кстати, обычный строительный цемент в данном случае не используется. Есть специально предназначенный для скважин сорт, который называется «гипсоглинозёмистый цемент».

Он имеет свойство расширяться, а это в тампонажных работах самое главное. Раствор из такого цемента не впитывается в грунт, а заполняет все пустоты и мельчайшие трещины, закупоривая их по принципу тампона — отсюда и название технологии.
При наличии в проходке больших пустот и плывунов, в гипсоглинозёмистый раствор добавляют доломитовую муку, бентонитовую глину, либо волокна асбеста или целлюлозы.

Тампонирование одноцикловое, с двумя пробками

При выполнении цементации данным способом, в нужном сегменте ствола, сначала устанавливается нижняя пробка. В ней есть канал для прохода раствора, который временно перекрыт диафрагмой.
Далее, в верхней части колонны устанавливается головка, через которую осуществляется подача тампонажного раствора из смесителя. Верхняя пробка, удерживаемая шпильками, располагается на цементировочной головке.

Смесительная установка

 Итак:

• Когда в ствол, согласно расчёту, полностью закачан весь объём раствора, эту пробку освобождают, и начинают подачу жидкости для продавливания. Под высоким давлением, масса цементного столба, вместе с пробкой, продвигается вниз.
• Попутно она вытесняет из ствола скважины буровую жидкость. Происходит это за счёт собственного веса тампонажного раствора, а так же его высокой плотности. В процессе вытеснения жидкости, уровень давления на головке, через которую нагнетается раствор, значительно снижается.

Цементировочная головка

Столб тампонирующей смеси движется по стволу вместе с пробкой, установленной на нижней отметке. И как только она натыкается на упорное кольцо, происходит резкое усиление давления.
В результате чего диафрагма-перемычка, которой перекрыто отверстие, разрушается. После этого раствор беспрепятственно поступает в затрубные пазухи.
Объём жидкости, продавливающей цементную пробку, непрерывно контролируется, и когда остаются последняя пара кубов, интенсивность закачки снижается. Как только пробки, отсекающие интервал, входят в контакт, о чём говорит резко увеличивающееся давление, нагнетание тампонажной смеси прекращается.

Двухцикловое цементирование

Этим способом последовательно тампонируют сразу два интервала. По сравнению с одноцикловым цементированием, данный метод имеет некоторые преимущества.
При этом значительно уменьшается вероятность попадания промывочной жидкости в цементный раствор, и снижается давление на грунт в процессе его подъёма. Что немаловажно, высота подъёма может быть значительно увеличена, даже если давление не повышается.
Итак:

• Подготовительные работы, предшествующие тампонированию, производится по той же схеме, что упоминалась выше. Только теперь, в нижней части того сегмента обсадной колонны, который готовится к тампонажу, устанавливается заливочная муфта.
  По окончании промывки, производится установка головки, и начинается закачка того объёма цементной смеси, который необходим для заполнения первой ступени.

Цементировочный клапан

• На следующем этапе, в ствол, через заливочную муфту вводят промежуточную пробку, которая завершает первый цикл, и, под воздействием продавочной жидкости, продвигает закачанную смесь вглубь. Её количество, при этом, равно объёму того отрезка обсадной колонны, который находится между упорным кольцом и заливочным клапаном. Затем, нижнюю пробку второго сегмента, которая находится в теле цементировочной головки, освобождают и продавливают.
• Под воздействием давления пробку прижмёт к муфте, она сядет на втулку, и, смещаясь вниз, откроет сквозной проход. Дальнейшие действия могут иметь два варианта.
  В одном из них, после окончания цементации первой ступени, сразу же приступают ко второму циклу. Этот метод представляет собой процесс непрерывного цементирования.

Насос для нагнетания в скважину буровых растворов

• Второй вариант называется: двухцикловой тампонаж с разрывом. При этом заливка второго отрезка колонны производится только после схватывания уже закачанной цементной смеси.
  На этот период, в заливочном клапане поддерживают циркуляцию бурового раствора. Данный вариант позволяет регулировать уровень динамического давления, возникающего в затрубных пазухах, и, соответственно, улучшить качество тампонирования.

Как только подача расчётного объёма тампонажной смеси, предназначенной для второго сегмента, закончена, в колонну устанавливается и продавливается жидкостью последняя, верхняя пробка. Теперь она, смещаясь вниз вместе с втулкой, перекроет проходное отверстие.

Способы манжетной и обратной цементации

Решение в пользу манжетного метода, принимается в тех случаях, когда цементируется пласт с низким давлением, или нужно предупредить попадание раствора в фильтрующую колонну. Суть его в том, что на нижней отметке тампонируемого сектора, в обсадной трубе устанавливается муфта с отверстиями для прохождения раствора, и брезентовой манжетой.
Итак:

• Чуть ниже муфты размещается клапан, перекрывающий раствору доступ внутрь колонны. А манжета, в процессе нагнетания раствора, перекрывает затрубное пространство так, что цементный столб может продвигаться только вверх.
• Есть ещё вариант, при котором цементация производится в обратном направлении (снизу вверх). Если коротко, делается это так: обсадная колонна по нижнему периметру перекрывается специальным башмаком; раствор, по специальному рукаву, закачивается непосредственно в затрубное пространство.
  При этом, находящийся там буровая жидкость вытесняется, и, по обсадным трубам, выходит на поверхность.

Вытеснение промывочной жидкости

Данный способ привлекает буровиков, но для цементирования сверхглубоких скважин он не подходит. Причиной тому ряд технических сложностей.
Например, трудно контролировать момент достижения тампонажного раствора нижней отметки обсадной колонны. Соответственно, невозможно и оценить качество цементации – а эта часть ствола скважины наиболее ответственная.

 Завершающий этап цементирования

Период затвердевания цементного столба может варьироваться, в зависимости от состава раствора. Имеет значение и то, какая именно колонна тампонировалась.
Для кондуктора, например, достаточно 16 часов, а для эксплуатационной колонны нужны сутки. По истечении этого срока, в скважину опускают электротермометр.
Итак:

• С его помощью, по изменениям температур, определяют высоту подъёма раствора в цементируемом пространстве. Максимальное выделение раствором тепла, происходит в течение нескольких часов после его затвердевания.
  Поэтому, для определения данного показателя, прибор должен быть спущен в скважину в течение суток после окончания тампонажа.

Скважинный локатор

• Для контроля качества цементирования широко применяют акустический зонд (скважинный локатор). Участки, не заполненные раствором, определяются по амплитудам звуковых колебаний. Если к качеству тампонажных работ претензий нет, начинают обвязку устья скважины.
  Затем, в неё спускают пикообразное долото либо желонку, с помощью которой разбуривают затвердевшие остатки раствора и заливочные пробки.

Далее наступает черёд опрессовки ствола, то есть проверка его на герметичность. Для этого, в него закачивается вода под давлением, превышающим расчётное на 20%.
Если спустя полчаса давление снижается не больше, чем на 0,5 мПа, и при этом не происходит выделение газа, и перелива воды, скважина считается герметичной.

PEH: Цементирование — PetroWiki

Добавки, используемые для изменения свойств цементных растворов для использования в приложениях для цементирования нефтяных скважин, делятся на следующие широкие категории: ускорители, замедлители схватывания, расширители, утяжелители, диспергаторы, средства контроля водоотдачи, средства против потери циркуляции, прочность -редители ретрогрессии, контроль свободной воды / свободной жидкости, расширительные агенты и специальные добавки.

Спрос на новые присадки с особыми свойствами и настроенными характеристиками продолжает расти.Эти требования включают такие факторы, как диапазон плотности нанесения, температурная стабильность, экономичность, диапазон вязкости, особая функция, многофункциональность, скорость растворимости, синергизм с дополнительными добавками и устойчивость к изменчивости цемента.

Ускорители

Ускорители ускоряют или сокращают время реакции, необходимое для того, чтобы цементный раствор превратился в затвердевшую массу. В случае нефтесодержащих цементных растворов это указывает на уменьшение времени загустевания и / или увеличение скорости развития прочности на сжатие раствора.Ускорение особенно полезно в тех случаях, когда требуется цементный раствор с низкой плотностью (например, с высоким содержанием воды) или где встречаются низкотемпературные образования.

Хлорид кальция (CaCl ₂ ). Из хлоридных солей наиболее широко используется CaCl ₂ , и в большинстве случаев он также является наиболее экономичным. Исключение составляют водорастворимые полимеры, такие как агенты, снижающие водоотдачу.Основные преимущества использования CaCl ₂ заключаются в значительном сокращении времени загустевания и в том, что независимо от концентрации он всегда действует как ускоритель. Нормальный диапазон концентраций CaCl ₂ составляет от 1 до 4% от веса цемента (BWOC). При концентрации выше 6% BWOC результаты станут непредсказуемыми и может произойти гелеобразование.

Хлорид натрия (NaCl). NaCl — вторая наиболее широко используемая хлоридная соль.Поваренная поваренная соль NaCl является наиболее универсальной из хлоридных солей. В зависимости от концентрации использования NaCl может действовать как ускоритель или замедлитель, и он действует как мягкий диспергатор во всех концентрациях. Некоторые дополнительные применения NaCl включают улучшение сцепления с трубой, стабилизацию реактивных пластов (например, сланцев и гумбо), улучшение сцепления с солевыми пластами, снижение проницаемости затвердевшего цемента, повышение долговечности затвердевшего цемента при контакте с пластами, содержащими соленую воду, и увеличить плотность суспензии без использования диспергаторов или снижения содержания воды.Обычно NaCl действует как ускоритель при концентрациях от 1 до 10% от веса воды (BWOW), хотя наиболее часто используемая концентрация NaCl в качестве ускорителя составляет 3% BWOW.

Хлорид калия (KCl). Ускорение KCl аналогично ускорению NaCl. KCl имеет два преимущества по сравнению с другими ускорителями: его стабилизирующее действие на сланцы или активные глиносодержащие пласты и его минимальное влияние на характеристики добавок, снижающих водоотдачу. В качестве ускорителя можно использовать KCl в концентрациях до 5% BWOW; для стабилизации пласта эффективны концентрации 3% BWOW.

Силикат натрия (Na ₂ SiO ₃ ). Силикат натрия обычно считается химическим наполнителем, хотя он также действует как ускоритель. Эффективность зависит от концентрации и молекулярной массы. Низкомолекулярная форма может использоваться при концентрациях 1% BWOC или менее для ускорения получения суспензий нормальной плотности.Высокомолекулярная форма является эффективным ускорителем при концентрациях до 4% BWOC. Мета-силикат натрия также обеспечивает отличный контроль потери циркуляции при использовании с цементом или рассолами CaCl ₂ .

Морская вода. Морская вода — это встречающаяся в природе смесь хлоридных солей щелочных металлов, включая хлорид магния. Состав морской воды во всем мире сильно различается. Например, эквивалентное содержание хлоридной соли может варьироваться от 2,7 до 3,8% BWOW.

Гидроксиды щелочных металлов
[
Ca (OH) ₂ , NaOH ]
. Гидроксиды щелочных металлов обычно используются в пуццолановых цементах. Они ускоряют как пуццолановый, так и цементный компоненты, изменяя химический состав воды.

Монокальциевый алюминат (CaO • Al ₂ O ₃ = CA ).Алюминат кальция используется в качестве ускорителя в пуццолановых и гипсовых цементах.

Ретардеры

Обычно в скважинах используются цементы API класса A, C, G и H. Эти цементы, произведенные в соответствии с API Spec. 10A, ^[8] , не обладают достаточно длительным сроком службы жидкости (временем загустения) для скважинных применений при BHCT выше 38 ° C (100 ° F). Чтобы продлить время загустевания сверх времени, полученного с чистым (цемент и вода без добавок или минералов) цементным раствором API-класса, требуются добавки, известные как замедлители схватывания.

Лигносульфонаты. Из химических соединений, которые были идентифицированы как замедлители схватывания, лигносульфонаты являются наиболее широко используемыми. Лигносульфонат — это соль сульфоната металла, полученная из лигнина, полученного при переработке древесных отходов. Обычными лигносульфонатами являются лигносульфонат кальция и натрия.

Три сорта лигносульфоната доступны для замедления образования цементных растворов. Каждый сорт доступен в виде солей кальция / натрия или натрия. Три сорта фильтруются, очищаются и модифицируются.

Кальциевая или натриевая соль фильтрованного сорта обычно используется при температуре 200 ° F BHCT или ниже при концентрации 0,6% BWOC или ниже. Его можно использовать при более высоких температурах, но обычно это ограничивается экономическими соображениями. Очищенный сорт представляет собой класс лигносульфонатов с пониженным содержанием сахара. Соль кальция / натрия обычно используется при BHCT 200 ° F или ниже и при концентрации 0,5% BWOC или меньше.

Модифицированный сорт представляет лигносульфонаты, которые были смешаны или прореагировали со вторым компонентом.Соединения, наиболее часто используемые в качестве компонентов смеси, представляют собой борную кислоту и гидроксикарбоновые кислоты или их соли. Смешанные материалы доступны в виде солей кальция или натрия. Модифицированные лигносульфонаты обычно используются при BHCT 200 ° F или выше. Они более эффективны, чем очищенный сорт, при температурах выше 250 ° F. Преимуществами, будь то смесь или прореагировавший продукт, являются их улучшенная высокотемпературная стабильность выше 300 ° F BHCT, повышенная диспергирующая активность и синергизм с добавками, снижающими водоотдачу.

Производные целлюлозы. Два полимера целлюлозы используются при цементировании скважин. Это гидроксиэтилцеллюлоза (HEC) и карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлоза (CMHEC). ГЭЦ обычно считают добавкой, снижающей водоотдачу. Хотя в качестве возможного варианта стоит отметить, что при BHCT 125 ° F или меньше время загустевания в пресноводной суспензии может быть увеличено примерно на два часа. Традиционно единственной целлюлозой, которая считается замедлителем схватывания, является CMHEC.Во многом это связано с тем, что он действует как замедлитель схватывания при температуре BHCT примерно до 230 ° F при тех же концентрациях, что и лигносульфонат кальция, но он также обеспечивает хороший контроль водоотдачи.

Гидроксикарбоновые кислоты. Гидроксикарбоновые кислоты хорошо известны своими антиоксидантными и связывающими свойствами, которые улучшают характеристики цементного раствора. Антиоксидантные свойства улучшают температурную стабильность растворимых соединений, таких как присадки, снижающие водоотдачу. Обычно используемые гидроксикарбоновые кислоты и их производные — это лимонная кислота, винная кислота, глюконовая кислота, глюкогептонат и глюконо-дельта-лактон.Обычно используемые гидроксикарбоновые кислоты обычно получают из природных сахаров.

Фосфорорганические соединения. Органофосфонаты, за некоторыми исключениями, являются наиболее мощными замедлителями схватывания, используемыми в цементе. Эти материалы не нашли широкого применения в цементировании скважин из-за требуемой низкой концентрации, сложности точных измерений и чувствительности к концентрации. Преимуществом фосфорорганических замедлителей схватывания является их эффективность в сверхвысокотемпературных скважинах (
>
450 ° F) или в приложениях, где желательно увеличенное время загустевания до 24 часов или больше.

Синтетические замедлители схватывания. Термин «синтетический замедлитель схватывания» является неправильным, поскольку все ранее упомянутые замедлители схватывания фактически созданы человеком. Однако термин синтетический замедлитель схватывания применялся к семейству низкомолекулярных сополимеров. Эти замедлители схватывания основаны на тех же функциональных группах, что и обычные замедлители схватывания (например, сульфонат, карбоновая кислота или ароматическое соединение). Двумя распространенными синтетическими замедлителями схватывания являются сополимеры малеинового ангидрида и 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты (AMPS).

Неорганические соединения. Механизм замедления гидратации цемента неорганическими соединениями отличается от такового для ранее рассмотренных замедлителей схватывания. Неорганические соединения, обычно используемые в качестве замедлителей схватывания цемента, включают бура (Na ₂ B ₄ O ₇ • 10H ₂ ) и другие бораты, такие как борная кислота (H ₃ BO ₃ ) и ее натрий. соль и оксид цинка (ZnO).

Бораты обычно используются в качестве замедлителя схватывания для высокотемпературных замедлителей схватывания при BHCT 300 ° F (149 ° C) и выше.При более высоких температурах борат является менее сильным замедлителем схватывания, чем при более низких температурах; однако он оказывает синергетический эффект с другими замедлителями схватывания, такими как лигносульфонаты, благодаря чему комбинация обеспечивает лучшее замедление схватывания, чем любой из замедлителей по отдельности. ZnO является сильным замедлителем схватывания при использовании отдельно. Обычно он используется для замедления образования химически растянутых цементов.

Соль как замедлитель схватывания. Вода с концентрацией солей более 20% BWOW оказывает замедляющее действие на цемент.Гелеобразование проявляется в профиле вязкости насыщенных солевых суспензий во время загустевания по внезапному увеличению единиц консистенции Бердена, которые затем выравниваются перед схватыванием. Насыщенные солевые растворы полезны для цементирования через соляные купола. Они также помогают защитить сланцевые секции от оседания и вспучивания во время цементирования и помогают предотвратить образование кольцевых перемычек и возможную потерю циркуляции. Насыщенные солевые цементы также диспергируются, и соль снижает эффективность добавок, снижающих водоотдачу.

Легкие добавки / наполнители

Чистые цементные растворы, приготовленные из цементов API классов A, C, G или H с использованием количества воды, рекомендованного в API Spec. 10A ^[8] будет иметь массу суспензии, превышающую 15 фунтов / галлон. Во многих частях мира обычны серьезные потери циркуляции и слабые пласты с низким градиентом трещиноватости. Эти ситуации требуют использования цементных систем с низкой плотностью, которые снижают гидростатическое давление столба жидкости во время укладки цемента.Следовательно, для снижения веса суспензии используются легкие добавки (также известные как наполнители). Можно использовать несколько различных типов материалов. К ним относятся физические наполнители (глины и органические вещества), пуццолановые наполнители, химические наполнители и газы.

Любой материал с удельным весом ниже, чем у цемента, будет действовать как наполнитель. Эти материалы, как правило, уменьшают плотность цементных растворов одним из трех способов. Пуццолановые и инертные органические материалы имеют более низкую плотность, чем цемент, и могут использоваться для частичной замены цемента, что снижает плотность твердого материала в суспензии.В случае физических и химических наполнителей они не только имеют более низкую плотность, но также поглощают воду, что позволяет добавлять больше воды в суспензию без образования свободной жидкости или сегрегации частиц. Газы ведут себя по-разному, поскольку они используются для производства вспененного цемента, который имеет исключительно низкую плотность и приемлемую прочность на сжатие.

Во многих легких суспензиях обычно используется комбинация различных типов материалов. Например, пуццолановые и химические наполнители используются или могут использоваться с физическими наполнителями и / или газами.Конструкции пуццолановой суспензии почти всегда содержат бентонит, а газы обычно имеют химический наполнитель для стабилизации пены. Легкие добавки также увеличивают выход суспензии и могут привести к получению экономичной суспензии.

Физические расширители. Это сыпучие материалы, которые действуют как расширители цемента, увеличивая потребность в воде или уменьшая средний удельный вес сухой смеси. В эту категорию попадают два основных класса материалов: глины и инертные органические материалы.Наиболее часто используемый глинистый материал — бентонит, хотя также используется аттапульгит. Обычно используемые инертные органические материалы — это перлит, гильсонит, молотый уголь и молотый каучук.

Бентонит (гель). Этот наполнитель представляет собой коллоидный глинистый минерал, состоящий преимущественно из монтмориллонита натрия.
[
NaAl ₂ (AlSi ₃ O ₁₀ ) • 2OH]
. Содержание монтмориллонита в бентоните является определяющим фактором его эффективности в качестве наполнителя; следовательно, это один из двух расширителей, на которые распространяется спецификация API.Бентонит может быть добавлен к цементу любого класса API и обычно используется в сочетании с другими наполнителями. Бентонит используется для предотвращения отделения твердых частиц, уменьшения количества свободной воды, уменьшения потерь жидкости и увеличения выхода суспензии.

Бентонит обычно используется при концентрациях от 1 до 16% BWOC. Он может быть смешан с цементом в сухом виде или предварительно гидратирован в воде для смешивания. При предварительной гидратации эффект предварительно гидратированного 1% BWOC примерно равен 3,5% BWOC в сухом виде, но предел текучести намного выше.Для достижения наилучших результатов предварительно гидратированную смесь бентонита и воды следует использовать для смешивания цементного раствора вскоре после завершения предварительной гидратации. Рекомендуется провести лабораторные испытания для определения надлежащей концентрации геля и процедуры смешивания для предварительно гидратированного бентонита. Бентонит для цемента не должен заменять технический или «грязевой гель». Лигносульфонат обычно используется в качестве диспергатора и замедлителя схватывания в цементах с высоким содержанием геля для снижения вязкости суспензии.

Аттапульгит (солевой гель). Это более эффективный наполнитель, чем бентонит, в морской воде или суспензиях с высоким содержанием соли, но он не регулируется или не имеет спецификации. Аттапульгит, (Mg, Al) ₂ (OH / Si ₄ O ₁₀ ) • 12H ₂ O, состоит из скоплений волокнистых игл, которые требуют высокого усилия сдвига для диспергирования в воде. Он производит многие из тех же эффектов, что и бентонит, за исключением того, что он не снижает потери жидкости. Недостатком аттапульгита является то, что из-за сходства волокон с волокнами асбеста его использование запрещено в некоторых странах.Доступны гранулированные формы, которые могут быть разрешены в качестве замены.

вспученный перлит. Расширенный перлит — это кремнистое вулканическое стекло, которое подвергается термообработке с образованием пористой частицы, содержащей увлеченный воздух. Это продукт с высокой плавучестью, который требует добавления от 2 до 6% бентонита BWOC для предотвращения отделения от пульпы. Из-за его низкой прочности на раздавливание потребность в воде для перлитсодержащих суспензий должна быть увеличена, чтобы обеспечить сжимаемость суспензии в скважинных условиях.Потери объема также должны учитываться при расчете объема заполнения.

Гильсонит. Это асфальтовый материал или твердый углеводород, который встречается только в Юте и Колорадо. Это один из самых чистых битумов природного происхождения. Гильсонит может использоваться с плотностью суспензии всего 11 фунтов / галлон при нормальной концентрации от 5 до 25 фунтов / мешок (sk) цемента, и он закупорит поплавковое оборудование и перекрывает герметичные кольцевые зазоры. Низкая плотность гильсонита является результатом его низкой плотности (1.07 г / см ³ ). Поскольку гильсонит является органическим материалом, он обладает высокой плавучестью и будет всплывать из суспензии, если не будет ингибирован. Бентонит обычно добавляют в концентрации от 2 до 6% для предотвращения образования перемычек в стволе скважины.

Угольный щебень. Дробленый уголь используется для тех же целей, что и гильсонит (т. Е. Для уменьшения веса и контроля потери циркуляции). Обычно он используется при концентрациях до 50 фунтов / куб.м цемента. Его плотность немного выше (1,3 г / см ³ ), что требует небольшого увеличения содержания воды.Добавление бентонита для предотвращения расслоения обычно не требуется.

Шлифованная резина. Это недорогая альтернатива гильсониту, которую можно использовать в аналогичных целях. Плотность резиновой смеси немного выше (1,14 г / см ³ ). Физические свойства более изменчивы, чем у гильсонита, и зависят от источника материала. Одним из основных преимуществ измельченной резины является ее низкая стоимость. В настоящее время нет никаких экологических проблем с измельченным каучуком при его использовании в цементной системе.

Пуццолановые расширители

Ряд пуццолановых материалов доступен для использования в производстве легких цементных растворов. Они могут быть как естественными, так и искусственными и включают зольную пыль, ДЭ, микрокремнезем, метакаолин и гранулированный доменный шлак. По сравнению с другими добавками, пуццолановые материалы обычно добавляют в больших объемах. Зола-унос, например, может быть смешана с цементом при соотношении золы-уноса к цементу в диапазоне от 20:80 до 80:20, исходя из «эквивалентного веса мешка» (то есть, когда мешок с золой-уносом имеет такое же соотношение. абсолютный объем, как у мешка с цементом).Пуццолановые материалы имеют более низкий удельный вес, чем у цемента, и именно этот более низкий удельный вес придает пуццоланово-портландцементному раствору более низкую плотность, чем портландцементный раствор аналогичной консистенции. В зависимости от плотности пуццолановые цементы также имеют тенденцию давать затвердевший цемент, более устойчивый к воздействию пластовых вод.

Летучая зола. Зола-унос — безусловно, наиболее широко используемый из пуццолановых материалов. Согласно стандарту ASTM C618, , ^[9] существует два типа летучей золы: класс F и класс C; Класс N относится к натуральным пуццолановым материалам.Однако существует потребность в третьей категории, основанной на характеристиках летучей золы. Стандарт ASTM C618 , ^[9] классифицирует летучую золу на основе комбинированного процентного содержания SiO ₂
+
Al ₂ O ₃ +
Fe ₂ O ₃ —Класс F, имеющий минимум>
90% и класс C 50%. В действительности, существует гораздо большая взаимосвязь между содержанием CaO и характеристиками. Содержание CaO колеблется от 2 или 3% до 30% от массы летучей золы.«Настоящая» зола-унос класса F имеет содержание CaO менее 10%, тогда как «истинная» зола класса C имеет содержание CaO более 20%. Летучая зола с содержанием CaO от 10 до 20% ведет себя несколько иначе, чем у истинного класса F или класса C. Летучая зола обычно состоит из аморфных стеклообразных частиц сферической формы.

Зола-унос ASTM класса F наиболее часто используется при цементировании нефтяных скважин. Именно на эту летучую золу распространяются спецификации API. Основными преимуществами золы-уноса класса F являются ее низкая стоимость и ее распространение во всем мире.Рабочие характеристики летучей золы класса F мало различаются от партии к партии из определенного источника. Однако различия между источниками могут быть значительными, поскольку состав может варьироваться от истинно низкого содержания CaO до 10-20% CaO. Это приводит к значительным отклонениям в эксплуатационных характеристиках, и по этой причине различные источники летучей золы класса F следует тестировать перед использованием. Также необходимо определить удельный вес. Некоторые электростанции производят летучую золу класса F с высоким содержанием углерода из-за плохого горения.Их следует избегать при цементировании нефтяных скважин, поскольку они могут вызвать серьезные проблемы гелеобразования. Использование золы-уноса класса C в качестве наполнителя для цементирования скважин относительно ограничено. Отчасти это связано с ограниченной доступностью летучей золы класса C и значительной вариабельностью, которая существует не только между источниками, но и в значительной степени между партиями из данного источника.

Микросферы. Микросферы используются, когда требуется плотность суспензии от 8,5 до 11 фунтов / галлон.Это полые сферы, получаемые как побочный продукт на электростанциях или специально разработанные. Микросферы побочного продукта представляют собой полые стеклянные сферы из летучей золы. Обычно они присутствуют в летучей золе класса F, но обычно в небольших количествах. Однако они получаются в значительных количествах, когда избыток летучей золы сбрасывается в отстойники для отходов. Полые сферы низкой плотности всплывают наверх и разделяются процессом флотации. Эти полые сферы состоят из алюмосиликатных стекол с высоким содержанием кремнезема, типичных для летучей золы, и обычно заполнены смесью дымовых газов, таких как CO ₂ , NO _x и SO _x .Синтетические полые сферы изготавливаются из натриево-известково-боросиликатного стекла и имеют формулу, обеспечивающую высокое отношение прочности к массе — они обычно заполнены азотом. Синтезированные микросферы обеспечивают более однородный состав и демонстрируют лучшую устойчивость к механическому сдвигу и гидравлическому давлению. Основным недостатком большинства микросфер является их склонность к раздавливанию во время смешивания и перекачивания, а также при воздействии гидростатического давления, превышающего средний предел прочности на раздавливание.Это может привести к увеличению плотности суспензии, увеличению вязкости суспензии, уменьшению объема суспензии и преждевременной дегидратации суспензии.

Однако эффект измельчения можно свести к минимуму за счет подходящего выбора микросфер. Эти эффекты можно спрогнозировать и учесть при расчетах конструкции шлама для получения шлама, имеющего требуемые характеристики для условий скважины. Легкие системы, включающие микросферы, могут обеспечить отличное увеличение прочности и могут помочь контролировать потерю жидкости, осаждение и свободную воду.

Microsilica. Микрокремнезем, также известный как микрокремнезем, представляет собой мелкодисперсный диоксид кремния с большой площадью поверхности, который может быть получен в виде жидкости или порошка. В виде порошка он может быть в исходном состоянии, уплотнен или гранулирован. Насыпная плотность уплотненного микрокремнезема составляет от 400 до 500 кг / м ³ . Microsilica обычно имеет удельный вес около 2,2.

Микрокремнезем состоит в основном из стекловидного кремнезема и имеет содержание SiO ₂ от 85 до 95%, что делает его значительно чище, чем другие пуццолановые материалы.Также считается, что частицы микрокремнезема придают суспензии полезные физические свойства. Считается, что из-за своей крупности они заполняют пустоты между более крупными частицами цемента, что приводит к образованию плотной твердой матрицы даже до того, как произойдет какая-либо химическая реакция между частицами цемента. Реологические свойства обычно улучшаются при добавлении микрокремнезема, поскольку крошечные сферы могут действовать как очень маленькие шарикоподшипники и / или вытеснять часть воды, присутствующей между флокулированными зернами цемента, тем самым увеличивая количество доступной жидкости.Концентрация микрокремнезема может составлять от 3 до 30% BWOC, в зависимости от суспензии и требуемых свойств.

Физические и химические свойства микрокремнезема делают его очень полезным для множества применений, кроме как в качестве наполнителя. К ним относятся повышение прочности на сжатие для низкотемпературного легкого цемента, тиксотропные свойства для цементирования под давлением, потеря циркуляции, миграция газа и некоторый контроль водоотдачи.

Недостатком микрокремнезема является его стоимость.Изначально считавшийся отходами, в последнее десятилетие он стал широко использоваться в строительной отрасли, но теперь он превратился в специальный химикат. Кроме того, при колебаниях спроса и предложения возникает вопрос о наличии постоянного предложения хорошего источника продукта.

Диатомовая земля. DE — природный пуццолан, состоящий из скелетов микроорганизмов (диатомовых водорослей), отложившихся в пресной или морской воде.

Химические расширители

Некоторые материалы эффективны в качестве химических наполнителей.В общем, любой материал, который может предсказуемо ускорять и увеличивать концентрацию исходных продуктов гидратации, эффективен как химический наполнитель.

Силикат натрия. Это наиболее часто используемый химический наполнитель для цементных растворов. Силикат натрия в пять-шесть раз эффективнее бентонита при эквивалентной концентрации. В отличие от физических или пуццолановых наполнителей силикат натрия обладает высокой реакционной способностью по отношению к цементу.

Силикат натрия доступен как в сухом, так и в жидком виде, что делает его легко адаптируемым для применения на суше и на море.Твердая форма представляет собой метасиликат натрия (Na ₂ SiO ₃ ), и он обычно смешивается в сухом виде с цементом в концентрации от 1 до 3,5% BWOC при плотностях от 14,2 до 11,5 фунт / галлон. Он не так эффективен, если растворяется непосредственно в воде для смешивания, если только CaCl ₂ не растворяется в воде первым. Если желательна жидкая система, лучше использовать жидкую форму. Жидкий силикат натрия обычно используется в морской воде при концентрации от 0,1 до 0,8 галлона / ск цемента при плотности 14.От 2 до 11,5 фунт / галлон. Двумя основными преимуществами силикатов натрия в качестве наполнителей являются их высокий выход и низкая концентрация использования.

Гипс. Полугидратная форма сульфата кальция (CaSO ₄ • 0,5H ₂ O) обычно используется в качестве наполнителя. Обычно он используется при концентрациях 15% BWOC или менее для приготовления тиксотропных суспензий для использования в приложениях, где есть серьезные проблемы с потерей циркуляции или где желательны свойства расширения для улучшения сцепления.Типичные составы суспензий для борьбы с потерей циркуляции, BHCT ≤ 125 ° F (52 ° C), содержат от 8 до 12% гипса BWOC с хорошими характеристиками расширения (от 0,2 до 0,4%). Для улучшенного склеивания, где требуется повышенное расширение (от 0,4 до 1%), используется NaCl (≥ 10% BWOW).

Вспененный цемент

Можно приготовить суспензии плотностью от 4 до 18 фунтов / галлон с использованием вспененного цемента. Вспененный цемент — это смесь цементного раствора, пенообразователя и газа. Вспененный цемент образуется, когда газ, обычно азот, нагнетается под высоким давлением в базовый раствор, содержащий пенообразователь и стабилизатор пены.Газообразный азот можно считать инертным, он не вступает в реакцию и не изменяет образование продукта гидратации цемента. В особых случаях вместо азота можно использовать сжатый воздух для создания вспененного цемента. В целом, из-за давления, скорости и объемов газа азотное насосное оборудование обеспечивает более надежную подачу газа. В результате образуется чрезвычайно устойчивая и легкая суспензия, напоминающая серую пену для бритья. Когда вспененные суспензии правильно перемешиваются и измельчаются, они содержат крошечные дискретные пузырьки, которые не будут сливаться или мигрировать.Поскольку образующиеся пузырьки не связаны между собой, они образуют цементную матрицу низкой плотности с низкой проницаемостью и относительно высокой прочностью.

Практически любая работа по цементированию нефтяных скважин может рассматриваться как кандидат на применение вспененного цементирования, включая функции первичного и восстановительного цементирования на суше и на море, а также в вертикальных или горизонтальных скважинах. Несмотря на то, что его конструкция и выполнение могут быть более сложными, чем стандартные работы, вспененный цемент имеет множество преимуществ, позволяющих преодолеть эти проблемы. Вспененный цемент легкий, обеспечивает отличное соотношение прочности и плотности, пластичен, улучшает удаление бурового раствора, расширяется, помогает предотвратить миграцию газа, улучшает зональную изоляцию, обеспечивает контроль водоотдачи, применим для сжатия и закупоривания, изолирует, стабилизирует при высоких значениях температуры, совместим с непортландцементами, упрощает логистику добавок, увеличивает объем, имеет низкую проницаемость, устойчив к перетоку и создает синергетический эффект с некоторыми добавками, что улучшает свойства добавки.Недостатком вспененного цемента является необходимость в специализированном цементировочном оборудовании как для полевого применения, так и для лабораторных испытаний.

Утяжелители

Утяжелители или тяжелые добавки используются для увеличения плотности суспензии для контроля скважин с высоким давлением. Утяжелители обычно требуются при плотностях более 17 фунтов / галлон, когда диспергаторы или диоксид кремния больше не эффективны. Основные требования к утяжелителям заключаются в том, чтобы удельный вес был больше, чем у цемента, гранулометрический состав был постоянным, они имели низкую потребность в воде, они были химически инертными в цементном растворе и не мешали работе каротажных инструментов.

Гематит (Fe ₂ O ₃ ). Это наиболее часто используемый утяжелитель. Гематит — это природный минерал кирпично-красного цвета с тусклым металлическим блеском. Он содержит около 70% железа. Удельный вес гематита колеблется от 4,9 до 5,3, в зависимости от чистоты, и он имеет твердость по Моосу приблизительно 6.

Ильменит (FeO TiO ₂ ). Это не так часто используется, как гематит, хотя он имеет некоторые преимущества перед гематитом. Ильменит — это природный минерал от черного до темно-коричневато-черного цвета с субметаллическим блеском, содержащий примерно 37% железа. По внешнему виду он напоминает магнетит, но имеет лишь слабые магнитные свойства. Удельный вес колеблется от 4,5 до 5, в зависимости от чистоты, и твердость по шкале Мооса от 5 до 6.

Хаусманнит (Mn ₃ O ₄ ). Хаусманнит все чаще используется из-за его уникальных свойств, устраняющих многие недостатки, присущие другим утяжелителям. Хаусманнит — это темно-коричнево-черный материал, который является побочным продуктом перерабатывающей промышленности. Диапазон удельного веса или твердости по Моосу точно не установлен. Благодаря размеру частиц и уникальным характеристикам смачивания материал может суспендироваться в воде для смешивания с концентрацией до 40 мас.% При минимальном перемешивании, обеспечивая жидкий утяжелитель.Поскольку средний размер частиц гаусманнита намного меньше, чем у цемента, он позволяет материалу вписываться в матрицу пор цемента, вытесняя увлеченную воду, что приводит к более низкой вязкости и значительно более стабильной суспензии. Основным недостатком является то, что он доступен не во всех географических регионах, поэтому дополнительные расходы на доставку могут сделать его слишком дорогим.

Барит (BaSO ₄ ) Барит обычно не используется при цементировании в качестве утяжелителя из-за его большой площади поверхности и высокого водопотребления.Это мягкий неметаллический материал светло-серого цвета, встречающийся в природе. Удельный вес колеблется от 4,0 до 4,5, в зависимости от чистоты, а твердость по шкале Мооса составляет от 2,5 до 3,5.

Диспергенты

Диспергаторы, также известные как уменьшители трения, широко используются в цементных растворах для улучшения реологических свойств, связанных с текучестью раствора. Диспергаторы используются в первую очередь для снижения давления на трение цементных растворов, когда они закачиваются в скважину.Преобразование фрикционного давления суспензии во время закачки снижает скорость закачки, необходимую для получения турбулентного потока для конкретных условий скважины, снижает давление закачки на поверхности и мощность, необходимую для закачки цемента в скважину, и снижает давление, оказываемое на слабые пласты, что, возможно, препятствует циркуляции. убытки.

Еще одно преимущество диспергаторов заключается в том, что они позволяют получать суспензии с высоким соотношением твердых веществ к воде и хорошими реологическими свойствами. Этот фактор был использован при разработке суспензий с высокой плотностью до приблизительно 17 фунтов на метр / галлон без необходимости использования утяжеляющей добавки.Эту концепцию также можно использовать для разработки суспензий с низкой плотностью, в которых содержание твердых частиц включает легкие наполнители.

Диспергенты тщательно изучены. Принято считать, что диспергаторы минимизируют или предотвращают флокуляцию частиц цемента, поскольку диспергатор адсорбируется на частице гидратационного цемента, вызывая отрицательный заряд поверхности частиц и отталкивание друг друга. Вода, которая в противном случае была бы захвачена флокулированной системой, также становится доступной для дополнительной смазки суспензии.

Полисульфированный нафталин (PNS). Это самый распространенный диспергатор; он доступен в виде соли кальция и / или натрия и может быть получен как в твердой, так и в жидкой форме. Коммерческая жидкая форма обычно имеет содержание твердых веществ приблизительно 40%. Преимущество использования PNS заключается в том, что могут быть получены улучшенные реологические свойства, а суспензии могут перекачиваться с пониженным давлением трения. PNS также позволяет создавать суспензии с более высоким соотношением твердых веществ и воды с улучшенными свойствами.

Гидроксикарбоновые кислоты. Эти кислоты, такие как лимонная кислота, могут использоваться в качестве основного диспергатора в пресноводных суспензиях при более высоких температурах (BHCT ≥ 200 ° F). Обычно это выгодно для цементов с высоким содержанием свободной щелочи (
>
0,75%), чтобы компенсировать их замедляющие свойства. Лимонная кислота также используется в качестве диспергатора в цементных растворах с соленой и морской водой. Концентрация использования ограничена желаемой температурой и временем загустения, хотя концентрации равны 0.Обычно достаточно от 5 до 1,0% BWOC.

Добавки для контроля водоотдачи (FLA)

FLA используются для поддержания постоянного объема жидкости в цементном растворе, чтобы гарантировать, что рабочие характеристики цементного раствора остаются в приемлемом диапазоне. Вариабельность каждого из этих параметров зависит от содержания воды в суспензии. Например, если содержание воды больше, чем предполагалось, обычно происходит следующее: время загустевания, потеря жидкости, свободный флюид, седиментация, проницаемость и пористость будут увеличиваться; а плотность, вязкость и прочность на сжатие будут уменьшены.Если содержание воды меньше заданного, обычно происходит обратное. Величина изменения напрямую связана с количеством жидкости, потерянной из суспензии. Поскольку предсказуемость характеристик обычно является наиболее важным параметром в операции цементирования, значительное внимание было уделено механическому контролю плотности раствора во время смешивания раствора, чтобы гарантировать воспроизводимость. Эквивалентное значение имеет плотность суспензии во время вытеснения, которая напрямую связана с контролем потери жидкости.

Цементные суспензии — это коллоидные суспензии, состоящие из различных твердых и жидких фаз. Во время операции цементирования существует несколько возможностей для отделения жидкой фазы от цементного раствора. Это может происходить, когда суспензия проходит через небольшие отверстия или порты внутри кольцевого пространства. Когда суспензия проходит через отверстия, жидкая фаза может ускоряться, что приводит к смыканию частиц. В кольцевом пространстве ствола скважины жидкость может вытесняться из суспензии, когда она проходит через суженные области или в пласт, что приводит к увеличению ECD, что может привести к разрыву пласта (потеря циркуляции) или мгновенному схватыванию (обезвоживание).После размещения жидкая фаза фильтруется в проницаемые пласты, что приводит к уменьшению объема суспензии и эффективного гидростатического давления, создавая возможность миграции пластовой жидкости в цементный столб и через него. Поэтому FLA используются для предотвращения сегрегации твердых частиц во время размещения и для управления скоростью утечки жидкости в статическом состоянии.

Чистые цементные растворы обычно демонстрируют неконтролируемую потерю жидкости по API не менее 1500 см. ³ /30 мин.Это значение является чрезмерным для большинства операций по цементированию, где встречаются проницаемые пласты или где будут использоваться длинные колонны цемента. Величина контроля водоотдачи, необходимая для конкретной операции, широко варьируется и в значительной степени зависит от плотности суспензии, содержания воды, свойств пласта и кольцевого зазора.

Некоторые материалы эффективны как FLA. Материалы, которые используются в настоящее время, можно условно разделить на две группы в соответствии с их характеристиками растворимости: водонерастворимые и водорастворимые.За исключением бентонита, нерастворимые в воде материалы представляют собой полимерные смолы. Все нерастворимые в воде материалы действуют как понизители проницаемости. Водорастворимые материалы представляют собой модифицированные природные полимеры, целлюлозу и полимеры на винилиновой основе. Все полимерные материалы, не растворимые в воде или растворимые в воде, являются синтетическими (искусственными) материалами. Действие FLA зависит от их растворимости. Нерастворимые в воде вещества действуют за счет снижения проницаемости образовавшейся фильтровальной корки.

The Defining Series: Основы цементирования скважин

Первичное цементирование — критическая процедура в процессе строительства скважины.Цементная оболочка обеспечивает гидравлическое уплотнение, которое устанавливает зональную изоляцию, предотвращая сообщение жидкости 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 первичного цементирования 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 башмаком поплавка . Обе башмаки представляют собой конические устройства, обычно с заостренными носами, которые направляют обсадную трубу к центру отверстия, чтобы минимизировать контакт с неровными краями или промывками 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 жидкости из затрубного пространства в обсадную колонну. Центры размещаются вдоль критических секций обсадной колонны, чтобы предотвратить прилипание обсадной колонны при ее спуске 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.

Заглушки грязесъемника — 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 дно 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, гидравлическое сообщение 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 состоит в том, чтобы 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 по выполняемым ими функциям. 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 затвердевшего 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. Средства 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 гибкие частицы. Добавки в цемент — это активная область исследований и разработок, и в отрасли регулярно появляются новые и улучшенные продукты.

Цементирование — PetroWiki

Цемент используется для удержания обсадной колонны на месте и предотвращения миграции жидкости между подземными формациями.Цементировочные работы 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:

• Экономичный
• 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 зоны поглощения

Ремонтное цементирование

Восстановительное цементирование обычно выполняется для устранения проблем, связанных с первичным цементированием.Самый успешный и экономичный подход к восстановительному цементированию — избежать 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 по восстановительному цементированию делятся на две большие категории:

Процедуры укладки цемента

В целом, для успешной укладки цемента и достижения ранее обозначенных целей требуется 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 Шаг 1 ; рассчитать объем перекачиваемой жидкости (шлама); и смешивать, смешивать и закачивать жидкости в затрубное пространство.
4. Наблюдать за лечением в режиме реального времени; сравните с Шаг 1 и при необходимости внесите изменения.
5. Оцените результаты; сравните с проектом в Step 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 сохранить изолированные зоны, очень важно учитывать ствол скважины и его свойства при проектировании цементных работ.

Глубина

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

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

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

• Высокие температуры
• Высокое давление
• Коррозионные жидкости

Геометрия ствола скважины

Геометрия ствола скважины важна для определения количества цемента, необходимого для операции цементирования.Размеры отверстия можно измерить с помощью различных методов, в том числе:

• Суппорты акустические
• Штангенциркуль с электроприводом
• Штангенциркули

Геометрия открытого 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, потому что обсадная колонна вряд ли будет центрирована в стволе скважины, и вытеснение жидкости становится затруднительным.

Проблемы, связанные с изменением геометрии, можно решить, добавив центраторы к обсадной колонне. 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, когда он циркулирует по нижней части 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 использованием температурных графиков American Petroleum Inst. (API) RP10B.1 BHST рассматривает неподвижное состояние, при котором жидкость не циркулирует и не охлаждает ствол скважины. BHST играет жизненно важную роль в увеличении прочности затвердевшего цемента.

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

Температура циркуляции забоя влияет на следующее:

• Время загустения суспензии
• Реология
• Потери жидкости
• Устойчивость (оседание)
• Время схватывания

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 оценки количества материалов, необходимых для поддержания цемента в жидком состоянии для перекачивания, и количества времени, необходимого для перекачивания, 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 можно либо опустить на кабеле, либо опустить в бурильную трубу, и оно измеряет температуру в скважине во время операции циркуляции перед цементированием. Затем записывающее 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 «прокачки» 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.

Пластовое давление

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 пласте:

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 пласт действительно разрушается, пласт 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
• Коррозионные газы
• Другие сложные функции, требующие особого внимания

Ссылки

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

Цементирование — PetroWiki

Цемент используется для удержания обсадной колонны на месте и предотвращения миграции жидкости между подземными формациями.Цементировочные работы 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:

• Экономичный
• 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 зоны поглощения

Ремонтное цементирование

Восстановительное цементирование обычно выполняется для устранения проблем, связанных с первичным цементированием.Самый успешный и экономичный подход к восстановительному цементированию — избежать 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 по восстановительному цементированию делятся на две большие категории:

Процедуры укладки цемента

В целом, для успешной укладки цемента и достижения ранее обозначенных целей требуется 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 Шаг 1 ; рассчитать объем перекачиваемой жидкости (шлама); и смешивать, смешивать и закачивать жидкости в затрубное пространство.
4. Наблюдать за лечением в режиме реального времени; сравните с Шаг 1 и при необходимости внесите изменения.
5. Оцените результаты; сравните с проектом в Step 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 сохранить изолированные зоны, очень важно учитывать ствол скважины и его свойства при проектировании цементных работ.

Глубина

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

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

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

• Высокие температуры
• Высокое давление
• Коррозионные жидкости

Геометрия ствола скважины

Геометрия ствола скважины важна для определения количества цемента, необходимого для операции цементирования.Размеры отверстия можно измерить с помощью различных методов, в том числе:

• Суппорты акустические
• Штангенциркуль с электроприводом
• Штангенциркули

Геометрия открытого 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, потому что обсадная колонна вряд ли будет центрирована в стволе скважины, и вытеснение жидкости становится затруднительным.

Проблемы, связанные с изменением геометрии, можно решить, добавив центраторы к обсадной колонне. 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, когда он циркулирует по нижней части 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 использованием температурных графиков American Petroleum Inst. (API) RP10B.1 BHST рассматривает неподвижное состояние, при котором жидкость не циркулирует и не охлаждает ствол скважины. BHST играет жизненно важную роль в увеличении прочности затвердевшего цемента.

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

Температура циркуляции забоя влияет на следующее:

• Время загустения суспензии
• Реология
• Потери жидкости
• Устойчивость (оседание)
• Время схватывания

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 оценки количества материалов, необходимых для поддержания цемента в жидком состоянии для перекачивания, и количества времени, необходимого для перекачивания, 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 можно либо опустить на кабеле, либо опустить в бурильную трубу, и оно измеряет температуру в скважине во время операции циркуляции перед цементированием. Затем записывающее 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 «прокачки» 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.

Пластовое давление

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 пласте:

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 пласт действительно разрушается, пласт 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
• Коррозионные газы
• Другие сложные функции, требующие особого внимания

Ссылки

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

Цементирование — PetroWiki

Цемент используется для удержания обсадной колонны на месте и предотвращения миграции жидкости между подземными формациями.Цементировочные работы 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:

• Экономичный
• 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 зоны поглощения

Ремонтное цементирование

Восстановительное цементирование обычно выполняется для устранения проблем, связанных с первичным цементированием.Самый успешный и экономичный подход к восстановительному цементированию — избежать 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 по восстановительному цементированию делятся на две большие категории:

Процедуры укладки цемента

В целом, для успешной укладки цемента и достижения ранее обозначенных целей требуется 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 Шаг 1 ; рассчитать объем перекачиваемой жидкости (шлама); и смешивать, смешивать и закачивать жидкости в затрубное пространство.
4. Наблюдать за лечением в режиме реального времени; сравните с Шаг 1 и при необходимости внесите изменения.
5. Оцените результаты; сравните с проектом в Step 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 сохранить изолированные зоны, очень важно учитывать ствол скважины и его свойства при проектировании цементных работ.

Глубина

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

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

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

• Высокие температуры
• Высокое давление
• Коррозионные жидкости

Геометрия ствола скважины

Геометрия ствола скважины важна для определения количества цемента, необходимого для операции цементирования.Размеры отверстия можно измерить с помощью различных методов, в том числе:

• Суппорты акустические
• Штангенциркуль с электроприводом
• Штангенциркули

Геометрия открытого 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, потому что обсадная колонна вряд ли будет центрирована в стволе скважины, и вытеснение жидкости становится затруднительным.

Проблемы, связанные с изменением геометрии, можно решить, добавив центраторы к обсадной колонне. 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, когда он циркулирует по нижней части 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 использованием температурных графиков American Petroleum Inst. (API) RP10B.1 BHST рассматривает неподвижное состояние, при котором жидкость не циркулирует и не охлаждает ствол скважины. BHST играет жизненно важную роль в увеличении прочности затвердевшего цемента.

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

Температура циркуляции забоя влияет на следующее:

• Время загустения суспензии
• Реология
• Потери жидкости
• Устойчивость (оседание)
• Время схватывания

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 оценки количества материалов, необходимых для поддержания цемента в жидком состоянии для перекачивания, и количества времени, необходимого для перекачивания, 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 можно либо опустить на кабеле, либо опустить в бурильную трубу, и оно измеряет температуру в скважине во время операции циркуляции перед цементированием. Затем записывающее 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 «прокачки» 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.

Пластовое давление

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 пласте:

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 пласт действительно разрушается, пласт 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
• Коррозионные газы
• Другие сложные функции, требующие особого внимания

Ссылки

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

Цементирование — PetroWiki

Цемент используется для удержания обсадной колонны на месте и предотвращения миграции жидкости между подземными формациями.Цементировочные работы 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:

• Экономичный
• 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 зоны поглощения

Ремонтное цементирование

Восстановительное цементирование обычно выполняется для устранения проблем, связанных с первичным цементированием.Самый успешный и экономичный подход к восстановительному цементированию — избежать 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 по восстановительному цементированию делятся на две большие категории:

Процедуры укладки цемента

В целом, для успешной укладки цемента и достижения ранее обозначенных целей требуется 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 Шаг 1 ; рассчитать объем перекачиваемой жидкости (шлама); и смешивать, смешивать и закачивать жидкости в затрубное пространство.
4. Наблюдать за лечением в режиме реального времени; сравните с Шаг 1 и при необходимости внесите изменения.
5. Оцените результаты; сравните с проектом в Step 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 сохранить изолированные зоны, очень важно учитывать ствол скважины и его свойства при проектировании цементных работ.

Глубина

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

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

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

• Высокие температуры
• Высокое давление
• Коррозионные жидкости

Геометрия ствола скважины

Геометрия ствола скважины важна для определения количества цемента, необходимого для операции цементирования.Размеры отверстия можно измерить с помощью различных методов, в том числе:

• Суппорты акустические
• Штангенциркуль с электроприводом
• Штангенциркули

Геометрия открытого 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, потому что обсадная колонна вряд ли будет центрирована в стволе скважины, и вытеснение жидкости становится затруднительным.

Проблемы, связанные с изменением геометрии, можно решить, добавив центраторы к обсадной колонне. 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, когда он циркулирует по нижней части 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 использованием температурных графиков American Petroleum Inst. (API) RP10B.1 BHST рассматривает неподвижное состояние, при котором жидкость не циркулирует и не охлаждает ствол скважины. BHST играет жизненно важную роль в увеличении прочности затвердевшего цемента.

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

Температура циркуляции забоя влияет на следующее:

• Время загустения суспензии
• Реология
• Потери жидкости
• Устойчивость (оседание)
• Время схватывания

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 оценки количества материалов, необходимых для поддержания цемента в жидком состоянии для перекачивания, и количества времени, необходимого для перекачивания, 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 можно либо опустить на кабеле, либо опустить в бурильную трубу, и оно измеряет температуру в скважине во время операции циркуляции перед цементированием. Затем записывающее 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 «прокачки» 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.

Пластовое давление

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 пласте:

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 пласт действительно разрушается, пласт 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
• Коррозионные газы
• Другие сложные функции, требующие особого внимания

Ссылки

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

Цементирование нефтяных скважин — обзор

13.2.6 Производство цемента для нефтяных скважин

Цементы для нефтяных скважин производятся с использованием того же сырья и тех же процессов ^11,23,24 , что и для обычных, умеренных или высоких сульфатостойких Портландцемент.Полученный состав соединения, конечно, будет варьироваться в установленных пределах соответствующей спецификации, в зависимости от целей, установленных производителем. При этом учитываются доступные материалы и оборудование, а также маршрут, обеспечивающий наилучший контроль качества.

Производство тампонажного цемента можно резюмировать со ссылкой на базовый цемент класса G. Некоторые модификации необходимы по сравнению с производством сульфатостойкого портландцемента для строительной промышленности.Строительный цемент должен быть более реактивным, чтобы можно было достичь удовлетворительного развития прочности на сжатие на ранних этапах, в то время как для цементирования нефтяных скважин цементы должны быть менее реактивными, чтобы обеспечить адекватное время укладки, которое может допускать остановки, а также для предотвращения чрезмерного количества добавок, таких как замедлители схватывания и диспергаторы, необходимы для контроля скорости и способа загустения цементного раствора. Для единообразия реакции на действие добавок при производстве цемента для скважин необходимо минимизировать вариации материалов, дозирования и обработки на всех этапах процесса.Производитель несет ответственность за то, чтобы постоянно поддерживать на предприятии политику «надлежащего ведения домашнего хозяйства».

Цемент класса G производится из сырьевой муки, содержащей известковый компонент (например, мел или известняк), глинистый компонент (глина или сланец), источник оксида железа (например, остатки гематита или пирита) и, при необходимости, небольшая добавка кварцевого песка, чтобы обеспечить полное присутствие кремнезема в сырой муке. Состав сырьевой муки разработан для производства клинкера с подходящей реакционной способностью для использования тампонажного цемента.Для HSR, в отличие от цемента MSR класса G, в сырье необходимо добавлять относительно больше оксида железа, чтобы производить больше ферритной фазы за счет трикальцийалюмината. Эти компоненты измельчаются вместе для получения тонкой однородной смеси либо с водой в суспензии (мокрый процесс), либо в мельнице в сухом состоянии (сухой процесс). Из цистерн для пульпы или мельниц сырьевая мука подается во вращающуюся печь, где сжигается до точки начала плавления (примерно 1400–1450 ° C). Комбинация завершена, и получается клинкер, который охлаждается на выходе из печи.Содержание свободной извести в клинкере обычно не должно превышать ~ 1% для цементов с низким содержанием MgO или ~ 0,5% для цементов с высоким содержанием MgO, в противном случае цемент, вероятно, будет иметь плохие свойства замедления, реологии и водоотдачи.

Нефть и газ обычно используются в качестве топлива для печей, хотя можно использовать уголь или лигнит с низким содержанием золы и некоторое количество нефтяного кокса, если можно избежать восстановительных условий в печи. Восстановление вызывает некоторое превращение железа (III) в железо (II), в результате чего образуется меньше ферритной фазы и образуется больше алюмината трикальция, чем обычно можно было бы ожидать.Железо (II) заменяет кальций в формирующейся фазе клинкера, что затрудняет комбинирование и требует более жесткого сжигания. В любом случае следует избегать перегорания, поскольку при этом образуется клинкер, который недостаточно реактивен с точки зрения цементирования нефтяных скважин. Кроме того, восстановление в печи способствует диссоциации сульфатов щелочных металлов, присутствующих в небольших количествах, что приводит к тому, что высвобождаемые ионы щелочных металлов включаются в твердый раствор в основных фазах клинкера.Такое включение в фазу трикальцийалюмината изменяет его химическую реакционную способность и вызывает потенциальную текучесть в полученном клинкере. Диоксид серы, образующийся в результате улетучивания, может способствовать образованию нежелательных отложений в печи и возможных засоров. Общие эффекты восстановления на цемент состоят в том, чтобы вызвать плохие реологические свойства, плохое развитие прочности на сжатие, проблемы с обращением, обычно более быстрое загустевание и большую подверженность аэрации.Медленно охлаждаемый клинкер также приводит к более быстрому схватыванию (загустеванию) цемента. ²⁵

После охлаждения клинкер измельчают с добавлением примерно 2–4% гипса в мельнице для получения цемента класса G с площадью поверхности в диапазоне ок. 270–350 м ² / кг. Температуру измельчения следует поддерживать как можно более низкой, чтобы свести к минимуму обезвоживание гипса до полугидрата или растворимого ангидрита. Чрезмерное обезвоживание гипса может вызвать две проблемы: (i) ложное схватывание или преждевременное затвердевание, которое может вызвать реологические проблемы при перекачивании и / или размещении, и (ii) дополнительные сульфат-ионы в растворе в суспензии, которые могут ускорить алит (трикальцийсиликат). ) гидратации и, таким образом, вызывают неприемлемую реакционную способность цемента.Добавление гипса обычно поддерживается на низком уровне, в результате чего общее содержание цемента SO ₃ находится в диапазоне ок. 1,7–2,3%, чтобы минимизировать ускорение реакции гидратации алита сульфатом. Затем произведенный цемент перед отправкой хранится в сухих условиях в силосе.

Цемент класса H производится аналогичным способом, за исключением того, что клинкер и гипс измельчаются более крупно, чтобы получить цемент с площадью поверхности, обычно находящейся в диапазоне ок. 220–300 м ² / кг. Описан опыт производства скважинного цемента MSR класса H. ²⁶

Цементы классов A и C (обычные) производятся как обычные (или ASTM типа I) и быстротвердеющие (или ASTM типа III) портландцементы, соответственно. Для цемента класса A площадь поверхности может быть относительно низкой, а для цементов как класса A, так и класса C может потребоваться низкое содержание свободной извести (как обсуждалось ранее для цемента класса G), чтобы удовлетворить требованиям нефтеотдачи. требования к цементированию скважин и аддитивный отклик. Однако цемент класса B производится аналогично классу G, за исключением того, что могут потребоваться небольшие изменения для оптимизации производственного процесса, поскольку требования к цементированию для цемента класса B несколько отличаются (менее жесткие) от требований класса G. цемент.

Для цементов с предварительным замедлением схватывания классов D, E и F, где они все еще производятся, может потребоваться смешивание замедлителей схватывания в соответствующих резервуарах для смешивания, а не их измельчение с клинкером и гипсом. Это необходимо для обеспечения однородности распределения и постоянства характеристик цемента от партии к партии в соответствии с соответствующими графиками API. Эти цементы различаются в первую очередь степенью замедления, класс D является наименее замедленным, а класс F — наиболее замедленным.Цементы класса F обычно содержат ок. 35% –0% кремнезема, чтобы избежать снижения прочности при обычно встречающихся более высоких температурах; Иногда подходят и цементы класса E.

Вообще говоря, для использования цемента для нефтяных скважин требуются более высокие уровни качества продукции и контроля качества на заводе, чем для различных типов портландцемента, производимого для строительной отрасли. Это необходимо, поскольку они подвергаются более жестким условиям реакции — сгущению и затвердеванию — при различных условиях температуры и давления в скважине.Кроме того, развитие технологий бурения, таких как строительство скважин с малым диаметром ствола ²⁷ и более широкое использование скважин с горизонтальным и увеличенным отходом от вертикали ²⁸ для максимизации добычи нефти и газа на различных месторождениях, требует производства нефти более высокого качества. цементирование скважин (высокая стабильность производительности от партии к партии и относительно низкая реактивность в скважинных условиях) для успешного цементирования таких скважин. В технологии многоствольных скважин, например, ²⁹ , цементированные соединения могут быть очень важны для обеспечения механической целостности стыков между основными стволами скважин и ответвлениями.Цементированные соединения выполняются путем цементирования хвостовика в стволе разветвленной скважины и обработки той части хвостовика и цемента, которая выходит в основной ствол скважины. ³⁰ Неудивительно, что для таких сложных операций по цементированию требуются цементы для скважин высокого качества.

В будущем весьма вероятно, что больше будут использоваться наполнители цемента, такие как измельченный гранулированный доменный шлак (ggbs) ³¹ пылевидная зола-унос (pfa), метакаолинит и другие частично обожженные глины, подходящие природные пуццоланы и микрокремнезем.Такое использование может быть либо по техническим, либо по экономическим причинам, либо по тем и другим причинам. Известно, что портландцемент для доменных печей функционирует в качестве основного цемента для нефтяных скважин при соответствующих условиях ³¹ и имеет дополнительный бонус в виде сульфатостойкости. Портлендские пуццолановые цементы, содержащие измельченную летучую золу, метакаолинит и природные пуццоланы, также могут выполнять аналогичные функции. Все сначала должны пройти строгие лабораторные испытания. Разбавитель может быть измельчен на цементном заводе вместе с портландцементом и гипсом, или может быть добавлен к портландцементу путем тщательного перемешивания на месте.Microsilica уже имеет ряд специализированных применений при цементировании скважин (Раздел 13.