No Image

Что такое тампонажный раствор

СОДЕРЖАНИЕ
0 просмотров
11 марта 2020

Нефтяная скважина — это горная выработка округлого сечения, предназначенная для получения и транспортирования углеводородного полуфабриката из недр. Тампонажный промывочный раствор применяется в бурении для достижения увеличения срока функциональной пригодности скважины, наряду с технологическим процессом разобщения пластов обсадными колоннами.

Цементирование (тампонаж) нефтяной скважины

По мере увеличения глубины скважины требуется проводить цикл работ по укреплению стволового пути, включающий спуск обсадной колонны и тампонаж затрубного сектора. Так как в качестве тампонажного промывочного раствора обычно (но не всегда) применяются рабочие жидкости, содержащие цемент, этот технологический прием получил дублирующее название «цементирование скважины». Для дальнейшей успешной эксплуатации скважины процесс укрепления стенок цементированием и, в частности, качество образующегося цементного камня, играет первостепенную роль. Состав тампонажных промывочных растворов должен обеспечить:

  • безпустотное, сплошное заполнение зоны между обсадной колонной и стволовыми стенками забоя;
  • расчетную величину адгезии как со стенками обсадных труб, так и со стволовой поверхностью скважины;
  • изоляцию и разобщение продуктивных и проницаемых пластов;
  • защиту затрубного пространства от проникновения нефти и (или) газонефтяной смеси под воздействием избыточного пластового давления;
  • укрепление обсадной колонны в толще разрабатываемой породы;
  • антикоррозийную протекцию металлических частей обсадной колонны от окислительного разрушения межпластовыми водами;
  • частичную разгрузку буровой колонны от экстернального давления.

Ввиду того, что цементный камень не подлежит замене и должен обеспечить надежное функционирование скважины во все время эксплуатации цементирование колонны необходимо выполнять в строгом соответствии с разработанными техническими регламентами, обеспечивая наличие и использование качественных тампонажных реагентов.

Цементирование колонны включает в себя цикл работ по приготовлению промывочного тампонажного раствора и нагнетании его в скважину, в затрубный промежуток. Во время проведения работ ведется постоянный контроль за параметрами промывочного тампонажного раствора и его соответствия технологическим характеристикам. После проведения цементажа скважины, через время, требующееся для затвердевания раствора, проводится исследование качества выполненных работ и, при соответствии цементного камня расчетным технологическим параметрам, процесс цементирования объекта считается законченным.

Портландцемент — основа тампонажного промывочного раствора

В качестве цементирующей составляющей промывочных тампонажных растворов используются портландцементы и доменные шлаки.

Портландцемент — это сыпучий материал с вяжущими свойствами, получаемый в результате одновременного размола гипса, клинкера и (или) гранулированных доменных шлаков. При этом количество гипса в полученной смеси регламентируется в пределах 1,5-3,5%. Портландцементные тампонажные смеси обладают способностью затвердевания и превращения в минеральное соединение, характеризующееся повышенной механической прочностью, через некоторое время после разведения компонентов в воде. Цементный камень образуется в результате реакций гидратации и гидролитической диссоциации клинкерных элементов (кальциевых алюминатов, алюмоферритов, силикатов). Таким образом именно минеральный состав клинкера играет главную роль при протекании химических реакций, определяющих скорость затвердевания промывочного тампонажного раствора и финишных функциональных свойствах полученного бетона.

На месторождениях с АВПД (аномально высоким давлением) работы по цементажу скважин производятся многоступенчатым методом, при этом плотность бурового тампонажного раствора увеличивают до максимально возможной величины. Помимо этих технологических приемов, во избежание заколонных нефтегазоводопроявлений, используют седиментационноустойчивые тампонажные компоненты, обеспечивающие ускоренное «схватывание» цементной смеси. В результате обработки стенки скважины успешно противостоят проницаемости пластов.

Добавки, улучшающие свойства тампонажных растворов

Для улучшения рабочих характеристик промывочного тампонажного раствора в качестве дополнительно используемых добавок используются:

  • хлористый кальций и карбонат натрия. Применяются для сокращения сроков схватывания бетона. Добавление ускорителей в воду или в сухие компоненты позволяет получить БСС (быстросхватывающиеся смеси), которые используются при температуре скважины в пределах до 50-65°С. БСС с расширительными свойствами получают, добавляя к исходному сырью до 10-30% гипсоглиноземистого цемента. БСС на основе пуццолановых цементов отличаются низкой плотностью и высоким порогом интенсивности загустевания;
  • гипс. Добавление гипса позволяет сократить срок твердения, в результате чего высокопрочный камень получается уже через 3-4 часа после закачки промывочного тампонажного раствора. Чтобы процесс схватывания не начался уже в бурильных трубах, в них специально добавляются замедлители процесса. Гипсо-цементные тампонажные суспезии гораздо более стойки к разбавлению водой, чем обычные цементные и применяются при наличии водяных пропластков;
  • бентонит, применение которого увеличивает стартовую подвижность промывочного тампонажного раствора, что оптимизирует работу по закачке, особенно при необходимости применения высокой плотности цементирующего материала. Глиноцементные смеси обеспечивают стабильную вязкость рабочего материала во время продавливания его в зону поглощения, после чего происходит резкое увеличение параметра и наступление периода пластической прочности. Для улучшения характеристик бентонитовых смесей и нивелирования воздействия пластовых вод до начала твердения возможно добавление в раствор натриевого или калиевого силиката, в количестве 3-10% от массы цемента ;
  • цементно-смолистая композиция (ЦСК) с использованием пластификатора ТЭГ-1 (эпоксидной алифатической смолы). Смола представляет собой вязкую жидкость желтого цвета, способную растворяться в воде. Используется при наличии осложнения скважины в виде близкорасположенных водоносных пластов;
  • углеводородные добавки (дизельное топливо, добавляемое в количестве 30%). Соляро-цементные смеси используют при необходимости закачки раствора на большую глубину. Цементная составляющая инертна к углеводородам и раствор приобретает вязкость и пластическую прочность только после замещения дизтоплива водой. Для усиления прочности бетона и снижения материальных затрат допускается введение в массу до 50% кварцевого песка.

Общим недостатком практически всех цементных смесей является низкая коррозионная стойкость полученного цементного камня, усадка его во время дальнейшей эксплуатации и возможность проникновения вод через поры.

Комбинированные полимерно-цементные растворы

Комбинированные растворы получаются путем сочетания в тампонажном растворе цементной суспензии и раствора полиакриламида или гипана. Для приготовления комбинированной смеси используются следующая пропорция компонентов:

  • ¾ тампонажный цемент;
  • ¾ вода в соотношении 60% от массы сухого цемента;
  • ¾ хлористый кальций (2,5-5%);
  • ¾ полиакриламид (0,15-0,20%).
Читайте также:  Приготовление картофельного крахмала в домашних условиях

Из-за высокой вязкости полиакриламид предварительно разводят до концентрации трехпроцентного раствора и вводят в цементную массу непосредственно в буровых трубах, чтобы избежать преждевременного схватывания.

Тампонажные растворы на основе «Ультрацемета»

Использование: бурение и крепление скважин на нефть и газ и предназначено для приготовления тампонажных растворов. Тампонажный раствор содержит портландцемент, пантаэритрит и воду. Пентаэритрит используют в количестве от 0,6 до 2% от массы тампонажного раствора. 1 ил. 3 табл.

Изобретение относится к тампонажным растворам, используемым при креплении глубоких нефтяных и газовых скважин.

По температуре применения тампонажные цементы делятся: для низких температур (менее 15 о С); для нормальных температур (15-50 о С); для умеренных температур (50-100 о С); для повышенных температур (100-150 о С) и т.д.

При цементировании обсадных колонн глубоких скважин для изоляции затрубного пространства тампонажным раствором перекрывают одновременно горные породы в широком температурном интервале. Поэтому для цементирования глубоких скважин необходимы различные тампонажные цементы и приготовленные на их основе тампонажные растворы.

Известны тампонажные растворы для крепления нефтяных и газовых скважин, где в качестве основного компонента применяют тампонажный цемент, который затворяют водой, получая цементный раствор. Для расширения температурного интервала применения цементного раствора его модифицируют с помощью химических реагентов.

Для предупреждения преждевременного загустевания и схватывания в тампонажные растворы вводят химические добавки-замедлители схватывания (сульфатно-дрожжевую бражку, окзил, нитрилотриметилфосфоновую кислоту, хромпик, синтетическую винную кислоту, гипан, триоксиглутаровую кислоту, борную кислоту, декстрин и др.), температурные области применения этих реагентов, их дозировки приведены в работе [1] Недостатками известных реагентов является их побочное действие на основные технологические параметры, обеспечивающие транспортировку тампонажного раствора по трубам, а также на образование камня, обеспечивающего прочность крепи скважины. Многие из реагентов токсичны и оказывают вредное влияние на организм человека и окружающую среду. В связи с большими потребностями химреагентов необходимо изыскание новых веществ для приготовления тампонажных растворов.

Наиболее близким по достигаемому результату известен тампонажный раствор, включающий портландцемент, воду и добавку пластификатор дихлорид бис-(N, N-диметил-N-карбодецоксиметил-N-этиленаммония)-сульфид (тионий) при следующем соотношении компонентов, мас. Портландцемент 66,622-66,660 Вода 33,311-33,330 Тионий 0,010-0,067.

Недостатком известного тампонажного раствора является узкий температурный диапазон его применения. При умеренных и повышенных забойных температурах тампонажный раствор быстро загустевает и схватывается и происходит снижение во времени прочности камня, что приводит к различным осложнениям при цементировании обсадных колонн глубоких скважин. Так, например, состав, содержащий 66,66 мас. портландцемента, 33,33 мас. воды и 0,067 мас. тиония при + 75 о С загустевает через 40 мин перемешивания, а образовавшийся камень через 1 сут твердения имел прочность при изгибе 4,2 МПа, то при хранении 7 сут образцы снизили прочность до 3,2 МПа [2] Целью изобретения является снижение времени загустевания, сроков схватывания и повышение прочности тампонажного раствора при умеренных и повышенных температурах.

Тампонажный раствор, включающий портландцемент, добавку и воду, дополнительно содержит в качестве добавки пентаэритрит при следующем соотношении компонентов, мас. Портландцемент 63,2-64,2 Пентаэритрит 0,6-2,0 Вода Остальное Пентаэритрит, химическая формула С(СН2ОН)4, по внешнему виду представляет собой белый порошок, частицы которого представляют кристаллические тетраэдры. Молекулярная масса 136,15, температура плавления 260,5 о С, растворяется в воде (5,56 г на 100 мл). Выпускается по ТУ 6-09-3329-78. Применяется в качестве исходного компонента для синтеза различных ПАВ, шампуней, высокомолекулярных соединений и взрывчатых веществ. По сравнению с известными реагентами, являющимися оксикарбоновыми кислотами, пентаэритрит не содержит карбоксильной группы, что делает его особенно устойчивым к высоким температурам, кроме того не оказывает вредного влияния на окружающую среду.

Читайте также:  Газовый резервуар для частного дома

Пентаэритрит, обладая способностью образовывать хелатные комплексы с катионами кальция, препятствует зародышеобразованию и появлению новой кристаллической фазы, увеличивая инкубационный период структурообразования, что приводит к замедлению времени загустевания и схватывания.

На чертеже представлен график изменения консистенции (К, в условных единицах консистенции) при температуре 75 о С в зависимости от времени перемешивания ( ч) (кривые 1, 2, 3 и 4 приведены для составов 2, 3, 4 и 5 табл.1 соответственно).

Сравнительные данные технологических свойств известного состава и заявляемого тампонажного раствора приведены в табл. 1, 2 и 3.

Готовят тампонажный раствор путем перемешивания цемента с водой затворения, в которой предварительно растворяют пентаэритрит.

Замеры технологических свойств тампонажного раствора производили в соответствии ГОСТ 26798.0-85-26798.2-85. Цементы тампонажные (методы испытаний).

Измерение плотности, растекаемости, сроков схватывания, времени загустевания на консистометрах КЦ-3 и КЦ-5 производили при температуре и давлении стандартных испытаний.

Для условий нормальных температур испытания проводили при 22 2 о С, для условий умеренных при температуре 75 3 о С и давлении 0,1 МПа, а повышенных при температуре 120 5 о С и давлении 40,0 МПа.

В табл. 1 и 2 приведены свойства известного цементного раствора (состава 1 и 2), приготовленные при водоцементном отношении 0,50 и 0,55 соответственно, а также заявляемого тампонажного раствора, содержащего пентаэритрит (составы 3, 4, 5 и 6), приготовленные при В/Ц 0,55.

П р и м е р 1. Брали 600 г (64,2 мас.) цемента и затворяли его при нормальных условиях в 330 г (35,2 мас.) воды, в которой предварительно растворяли 5,6 г (0,6 мас.) пентаэритрита (состав 3). Растекаемость раствора увеличилась до 22 см. Время загустевания при 75 о С и атмосферном давлении удлинилось до 3 ч 15 мин. Время начала схватывания при 75 о С удлинилось до 3 ч 20 мин, конец схватывания до 4 ч 25 мин.

П р и м е р 2. Брали 600 г (63,7 мас.) цемента и затворяли его в 350 г (35,0 мас.) воды, в которой ранее растворили 12,2 г (1,3 мас.) пентаэритрита (состав 4). Растекаемость увеличилась до 22,5 см. Время загустевания при 75 о С удлинилось до 4 ч 15 мин. Начало схватывания 4 ч 20 мин, конец схватывания 5 ч 15 мин.

П р и м е р 3. Брали 600 г (63,2 мас.) цемента, затворяли его в 330 г (34,8 мас.) воды, в которой предварительно растворили 18,7 г (2, мас.) пентаэритрита (состав 5). Растекаемость увеличилась до 23,0 см.Время загустевания при 75 о С увеличилось до 5 ч. Начало схватывания 5 ч 30 мин, конец схватывания 7 ч 15 мин.

Результаты измерения времени загустевания и сроков схватывания при 210 о С и давлении 40,0 МПа, приведенные в табл.3, показывают, что при повышенной температуре также наблюдается эффект замедления времени загустевания и увеличения сроков схватывания.

Известный цементный раствор (состав 1), содержащий 66,6 мас. цемента и 33,4 мас. воды, имеет плотность 1,80 г/см 3 , растекаемость 18,0 см. При температуре 22 о С начало схватывания 8 ч, конец схватывания 10 ч. При увеличении водоцементного отношения состав 2, содержащий 64,5 мас. цемента и 35,5 мас. воды, имеет плотность 1,77 г/см 3 , растекаемость 20,0 см, при 22 о С начало схватывания 11 ч 50 мин, конец схватывания 14 ч 55 мин.

При 75 о С цементный раствор (состав 1) загустевает за 30 мин, состав 2 за 2 ч 10 мин.

Известный цементный раствор (состав 2) загустевает при 120 о С и давлении 40,0 МПа за 45 мин, начало схватывания наступает через 50 мин, конец схватывания 1 ч 20 мин.

Состав 3, содержащий 0,6 мас. пентаэритрита, загустевает при 120 о С через 1 ч 30 мин, начало схватывания 1 ч 50 мин, конец схватывания 2 ч 30 мин.

Как видно из табл. 1, модификация раствора пентаэритритом приводит к улучшению основных технологических параметров. При введении в состав цементного раствора пентаэритрита увеличивается растекаемость тампонажного раствора важный параметр, характеризующий прокачиваемость тампонажного раствора.

Уменьшается консистенция тампонажного раствора при увеличении концентрации пентаэритрита и замедляется процесс загустевания.

Тампонажный раствор, содержащий пентаэритрит, сохраняет свою подвижность более длительное время в сравнении с цементным раствором.

Как видно из табл.1, при нормальной температуре составы 3, 4 и 5, содержащие 0,6, 1,3 и 2,0 мас. пентаэритрита, имеют удовлетворительные свойства тампонажного раствора. Состав 5, содержащий 63,2 мас. цемента, 2,0 мас. пентаэритрита и 34,8 мас. воды, имеет плотность 1,77 г/см 3 , растекаемость 23,0 см, начало схватывания 16 ч 40 мин, конец схватывания 19 ч 55 мин. При концентрации более 2,0 мас. удлиняются сроки схватывания при 22 о С и превышают ожидаемое время затвердевания (24 ч). Состав 6, содержащий 63,1 мас. цемента, 2,2 мас. пентаэритрита и 34,7 мас. воды, имеет растекаемость 23,5 см, начало схватывания 18 ч, конец схватывания 24 ч 30 мин.

Читайте также:  Уличные доводчики для калитки

При 75 о С введение в состав пентаэритрита также замедляет сроки схватывания и увеличивает время загустевания.

Состав 5, содержащий 2,0 мас. пентаэритрита, загустевает за 2 ч 10 мин, начало схватывания 2 ч 40 мин, конец схватывания 3 ч 20 мин.

Концентрация менее 0,6 мас. пентаэритрита оказывают при повышенной температуре незначительные влияния на сроки схватывания и время загустевания.

Концентрации более 2,0 мас. пентаэритрита оказывают также замедляющее действие при повышенной температуре, однако при нормальной температуре сроки схватывания тампонажного раствора превышают ожидаемое затвердевание (ОЗЦ), а образующийся камень медленно набирает прочность как при нормальных, так и при умеренных температурах. Суточная прочность образующегося камня при 75 о С и давлении 0,1 МПа за предельным значением достигает лишь 50% от прочности образцов без добавки пентаэритрита.

Как видно из табл.2, прочность образцов образующегося при 75 о С тампонажного камня, содержащего пентаэритрит, в возрасте 1 сут меньше в сравнении с камнем, приготовленным без добавки, это объясняется замедлением процесса твердения. Однако в более поздние сроки твердения (через 7 сут и более) образцы камня с пентаэритритом имеют прочность больше в сравнении с образцами, приготовленными без добавки.

При 120 о С и давлении 40,0 МПа образцы тампонажного раствора быстрее набирают прочность. Предел прочности камня при изгибе через 1 сут твердения для составов 3 и 5 превышает значения для состава 2, приготовленного без пентаэритрита.

Тампонажный раствор, содержащий в составе пентаэритрит, имеет улучшенные технологические свойства (большую растекаемость и меньшую консистенцию), поэтому оказывает меньшие гидравлические сопротивления при движении по трубам в процессе транспортировки через повышенные температуры горных пород, расширяет температурный интервал применения и повышает качество крепления глубоких скважин.

Применение пентаэритрита для модификации тампонажного раствора расширяет ассортимент химических реагентов для регулирования сроков схватывания и времени загустевания цементного раствора.

ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР, содержащий портландцемент, добавку и воду, отличающийся тем, что в качестве добавки он содержит пентаэритрит при следующем соотношении компонентов, мас.

Портландцемент 63,2 64,2 Пентаэритрит 0,6 0,2 Вода Остальное

Раствор тампонажный — растворная смесь, применяют для разобщения пластов в различных геолого-технических условиях; от — 15 до 250°С. и от 1 5 до 200 МПа в каналах заколонного пространства размером от нескольких миллиметров до 0 5 м, в каналах размером от нескольких сот до нескольких тысяч метров при наличии разнообразных пород в разрезе скважины, представленных относительно инертными в химическом отношении породами и легко растворимыми солями, прочными или рыхлыми, подверженными гидроразрывам и разрушениям других видов.

[Большая Энциклопедия Нефти Газа]

Раствор тампонажный – растворная смесь, применяемая для тампонажа.

[Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)]

Растворы тампонажные – цементно-песчанные, цементно-песчано-суглинистые – применяют для тампонирования нефтяных скважин. Должны обладать высокой однородностью, подвижностью; сроками схватывания, стойкостью к агрессивной среде. Состав назначают в зависимости от гидрологических условий, типа крепи и способа ведения тампонажных работ.

[Бруй Л. К. Буровые и тампонажные растворы. Краткий курс лекций. Гомель, 2006 г.]

Растворы тампонажные – применяют для тампонирования нефтяных скважин. Они должны обладать высокими однородностью, водостойкостью, подвижностью; сроками схватывания, соответствующими условиями нагнетания раствора в скважину; достаточной водоотдачей под давлением с образованием в трещинах и пустотах горных пород плотных водонепроницаемых тампонов прочностью, противостоящей напору подземных вод, стойкостью в агрессивной среде. В качестве вяжущих для тампо-нажных растворов применяют портландцемент, при агрессивных водах — шлакопортландцемент, пуццолановый портландцемент и сульфатостойкий портландцемент, а при наличии напорных вод— тампонажный портландцемент. Состав тампонажных растворов назначают в зависимости от гидрогеологических условий типа крепи и способа ведения тампонажных работ. При проходке горных выработок с замораживанием и креплением бетоном используют цементно-песчано-суглинистые растворы с добавкой до 5% хлористого кальция.

[Строительные материалы и изделия: Учебник для инж.-экон. спец. строит, вузов. — 5-е изд., перераб. и доп. Издательство «Высшая школа», 1988, с изменениями]

Правообладателям! В случае если свободный доступ к данному термину является нарушением авторских прав, составители готовы, по требованию правообладателя, убрать ссылку, либо сам термин (определение) с сайта. Для связи с администрацией воспользуйтесь формой обратной связи.

ISSN: 2587-9413 Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов.

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
Adblock detector