Как приготовить тампонажный раствор

Оглавление:

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Приготовление — тампонажный раствор

Приготовление тампонажных растворов осуществляют с помощью цементо-смесительных машин на режимах, которые регламентированы соответствующими инструкциями по их эксплуатации. В случае применения лежалых цементов необходимо предусматривать в технологической схеме использование одного из известных способов активации цемента или тампонажного раствора. Подачу сухой смеси в смесительное устройство начинают при стабильной работе водо-подающего насоса и при достижении давления жидкости затворения величины 1 2 — 1 5 МПа. Закачивание затворяемого раствора в скважину начинают лишь после стабилизации режима работы цементосмесительной машины: время выхода цементосмесительных машин на заданный режим работы обычно не должно превышать 1 5 — 2 мин. [1]

Приготовление тампонажного раствора из предварительно приготовленной сухой смеси тампонажного материала аналогично применению чистого цемента. Однако использование того или иного состава тампонажного материала требует применения конкретных режимов работы смесительной машины и режимов затворения. [2]

Приготовление тампонажного раствора и закачивание его в мерные усреднительные емкости следует начинать параллельно с приготовлением буферной жидкости. Необходимо фазу после закачки в скважину всего объема аэрированной буферной жидкости приступить к подаче в скважину готового тампонажного раствора из усреднитель-ной емкости. [3]

Допускается приготовление тампонажного раствора вручную в чашке сферической формы, когда раствор следует перемешивать лопаткой в течение 5 мин при средней интенсивности. [4]

Технология приготовления тампонажных растворов с пониженной водоотдачей заключается в равномерном перемешивании цемента и глины с последующим затворением смеси водой с предварительно растворенными в ней гипаном в установленном лабораторией количестве. [5]

Блок приготовления тампонажного раствора включает в себя оборудование и механизмы по приготовлению смеси и закачке ее в закрепное пространство, склад сыпучих и оборудование для их разгрузки. [6]

Для механизированного приготовления тампонажного раствора используют цементно-смесительные машины ( СМН-2, УС6 — 30 и др.), цементировочные агрегаты ( ЦА-320М, ЦА-320А, ЗЦА-400А, 4АН — 700 и др.), станции контроля ( СКЦ-2М, СКЦ2М — 80) и осреднительные емкости. [7]

Для механизированного приготовления тампонажного раствора в настоящее время применяют цементно-смесительные машины и агрегаты. [8]

При приготовлении тампонажных растворов не допускают колебания их плотности относительно заданной более чем на 0 03 г / см3 для чистых портландцементов и 0 05 г / см3 для утяжеленных или облегченных тампонажных смесей. [9]

При приготовлении тампонажных растворов из МТСД дезин-теграторный агрегат, включенный в состав буровой установки, может заменить цементировочные агрегаты. При этом значительно упрощается процесс цементирования повышается степень дисперсности тампонажных растворов, сокращается расход цемента, для закачки продавочной жидкости используются буровые насосы. Экономический эффект от использования МТСД составляет 36 — 132 руб. на 1 т смеси в зависимости от ее вида. [10]

Изложены способы приготовления тампонажных растворов , цементации затрубного пространства и осушения стволов и скважин. Даны рекомендации по предупреждению и ликвидации наиболее характерных осложнений при бурении. Рассмотрены вопросы организации и безопасности работ. [11]

Какие методы приготовления тампонажных растворов Вам известны. [12]

Во время приготовления тампонажного раствора из заранее подобранной сухой смеси компонентов ( облегчающая добавка — глинопорошок) для получения пасты нормальной консистенции расходуется меньшее количество воды. Последнее обусловлено тем, что в течение относительно кратковременного контакта и перемешивания смеси с водой глинистые частицы не успевают впитать достаточное количество влаги и подвергнуться диспергированию. В этом случае частицы глины насыщаются водой во время и после закачки и продавки облегченного тампонажного раствора в заколонное пространство, а также в процессе схватывания его. Обусловленное этим уменьшение количества свободной воды в тампонажной смеси способствует стабильности раствора, а также увеличению прочности и снижению проницаемости камня. Последнее объясняется набуханием содержащихся в облегченном тампонажном растворе глинистых частиц. [13]

Контроль при приготовлении тампонажного раствора на буровой. [14]

Поскольку при приготовлении тампонажных растворов из условия обеспечения прокачиваемости принимают В / Ц 0 5, то это значит, что даже при полной гидратации, которая достигается через несколько десятков лет, в цементном камне всегда будут капиллярные поры. [15]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Состав тампонажных растворов

Цементный раствор должен обладать достаточной текучестью, чтобы легко перекачиваться насосом, поэтому его приготовляют без песка и при высоком водоцементном отношении (0,4—0,5). Иначе говоря, тампонажные цементы применяют в виде легкоподвижной водоцементной пульпы. Цементный раствор должен сохранять хорошую подвижность в течение всего времени, необходимого для цементирования скважины. Глубоко залегающие слои земли имеют высокую температуру так, на глубине —8 км, которой достигли наиболее глубокие скважины, температура составляет около 473 К при давлении свыше 100 МПа. При повышенных температурах схватывание цементного раствора значительно ускоряется. Чтобы получить достаточные для цементирования сроки схватывания, соответствующим образом подбирают минералогический состав клинкера, тонкость помола цемента и вводят замедлители схватывания. [c.393]

Если скважина пробурена в породах низкой прочности, то гидростатическое давление тяжелого столба цементного раствора (плотностью около 1850 кг/м ) может разрушить породу и цементный раствор будет поглощен пластом. В этих случаях применяют облегченные тампонажные растворы с пониженной плотностью, которые имеют высокое водоцементное отношение (до 1—1,5). Чтобы получить цементные растворы с низкой плотностью, к цементу добавляют бентонитовую глину, опоку, диатомит, трепел или пемзу. Если же скважиной вскрыты горизонты, в которых наблюдается высокое давление нефти, газа или пластовой воды, то требуются утяжеленные тампонажные цементы, которые получают путем введения в состав цементов различных тяжелых добавок (барита, тема-тита, магнетита). [c.395]

Введение оптимального числа частиц аэросила улучшает гранулометрический состав вяжущего и способствует быстрому образованию устойчивой коагуляционной структуры во всем 5 объеме тампонажного раствора, полученного даже из цемента грубого помола, что делает раствор более однородным, полностью исключает расслоение его. Например, тампонажный раствор В/Ц—0,5, приготовленный из цемента для холодных скважин с добавкой 0,15% аэро- J [c.184]

Из анализа полученных результатов следует, что за счет введения электролитов в состав тампонажных растворов снижается энергия активации, что должно привести к сокращению сроков схватываний. [c.6]

По рецептуре ВолгоградНИПИнефти ВУБЖ приготавливают следующим образом к 1 м 1 %-ного ПАА добавляют 0,125 м флотореагента Т-66 и 0,025 м 10%-ного раствора глинозема А12(504)з. Состав приготавливают непосредственно перед началом работ по закачке тампонажного раствора. [c.451]

Иногда целесообразно использовать комбинированные БЖ с тампонирующими свойствами (РТС), которые применяются при цементировании скважин, пробуренных в высокопроницаемых породах с низкими градиентами пластовых давлений и в диапазоне температур 0 — 50 °С. Они используются для предупреждения аномального роста продавочного давления в результате обезвоживания тампонажных растворов на проницаемых стенках ствола скважины при цементировании. Комбинированная БЖ с тампонирующими свойствами включает в себя 6—10%-ный раствор сернокислого алюминия (служит для удаления корки) в количестве 10 — 12 м и раствор РТС объемом 5—10 м . Последний обеспечивает формирование на стенах скважины тонкой прочной пленки с повышенными адгезионными свойствами. Состав и основные свойства РТС представлены в табл. 5.6. [c.455]

В качестве загустителей ПВС применяют в процессах изготовления водных красок, клеев, цементных растворов. При введении в состав тампонажных растворов, используемых при цементировании нефтяных и газовых скважин, ПВС играет роль регулятора водоотдачи [а. с. СССР 578434]. [c.160]

Большое значение для технологии промывки и цементирования скважин имеют адсорбционные явления на поверхности раздела фаз. Тонкодисперсная твердая фаз а промывочных и тампонажных растворов является хорошим адсорбентом. В качестве адсорбен-тивов выступают защитные коллоиды в промывочных жидкостях, замедлители схватывания в тампонажных растворах и другие химические реагенты, вводимые в состав буровых жидкостей для регулирования их технологических свойств (понизители вязкости, водоотдачи и др.). Адсорбция широко используется при исследовании свойств твердой фазы коллоидных систем. Анализ изотермы адсорбции позволяет определить удельную поверхность твердой фазы (методом БЭТ), а также установить характер взаимодействия (физический или химический) адсорбтива с поверхностью адсорбента. [c.5]

Библиография для Состав тампонажных растворов: [c.337] Смотреть страницы где упоминается термин Состав тампонажных растворов: [c.151] Смотреть главы в:

Промывочные тампонажные растворы

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.
Смотрите так же:  Рецепт курицы в рукаве с овощами в духовке

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%).

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»

Способ приготовления тампонажного раствора

Владельцы патента RU 2270328:

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для ремонтно-изоляционных работ в нефтяных и газовых скважинах. Технический результат — повышение гидроизолирующей способности тампонажного раствора за счет расширения значений силикатного модуля от 3,5 до 5,0, что позволяет увеличить технологические возможности применения тампонажного раствора. В способе приготовления тампонажного раствора, включающем растворение при нагревании в присутствии воды натриевой силикат-глыбы и смешение полученного жидкого стекла — водного раствора силиката натрия с модифицирующей добавкой, водой и органическим отвердителем, в качестве модифицирующей добавки используют кремнеземный наполнитель Росил-175, который вводят в процессе указанного растворения при соотношении 27-50 мас.ч. к 100 мас.ч. натриевой силикат-глыбы и 200-300 мас.ч. воды и перемешивают до достижения силикатного модуля 3,5-5,0 с получением модифицированного жидкого стекла, а в качестве органического отвердителя используют формамид при следующем соотношении компонентов, мас. ч.: модифицированное жидкое стекло — 100, вода — 10-25, формамид — 10-25, или используют этилацетат в присутствии неонола АФ 9-12 при следующем соотношении компонентов, мас. ч.: модифицированное жидкое стекло — 100, вода — 100, этилацетат — 5-10, неонол АФ 9-12 — 1. 3 табл.

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для приготовления тампонажного раствора при проведении ремонтно-изоляционных работ в нефтяных и газовых скважинах.

Известен способ приготовления тампонажного раствора, включающий растворение при нагревании в присутствии воды натриевой силикат-глыбы и смешение полученного жидкого стекла — водного раствора силиката натрия с модифицирующей добавкой, водой и органическим отвердителем [Соколович В.Е. Химическое закрепление грунтов, М., Стройиздат, 1981, с.27-33]. Автор предлагает способ химического закрепления грунтов в условиях современного градостроительства и для повышения силикатного модуля в низкомодульных силикатных растворах, использует в качестве модифицирующей добавки кремнефтористоводородную кислоту H2SiF6, которая вводится в количестве, не превышающем 5%, и при смешении с ней силикатный модуль повышается до 3,3-3,5. В качестве органического отвердителя использует 50%-ный раствор формамида плотностью 1073 кг/м 3 при следующем соотношении компонентов, об. ч.:

или использует этилацетат в присутствии контакта Петрова при следующем соотношении компонентов, об. ч.:

Недостатком известного способа является низкая изолирующая способность тампонажных растворов в случае их использования при проведении ремонтно-изоляционных работ в нефтяных и газовых скважинах. Кроме того, определенные сложности возникают при работе с кремнефтористоводородной кислотой.

Технической задачей заявляемого способа является повышение изолирующей способности тампонажного раствора за счет расширения значений интервала силикатного модуля от 3,5 до 5,0, что в свою очередь позволяет увеличить технологические возможности применения тампонажного раствора.

Задача решается предлагаемым способом приготовления тампонажного раствора, включающим растворение при нагревании в присутствии воды натриевой силикат-глыбы с модифицирующей добавкой и смешение полученного жидкого стекла — водного раствора силиката натрия с водой и органическим отвердителем.

Новым является то, что в качестве модифицирующей добавки используют кремнеземный наполнитель Росил-175, который вводят в процессе растворения при соотношении 27-50 мас.ч. к 100 мас.ч. натриевой силикат-глыбы и 200-300 мас.ч. воды и перемешивают до достижения силикатного модуля 3,5-5,0, а в качестве органического отвердителя используют формамид при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

или используют этилацетат в присутствии неонола АФ 9-12 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Анализ патентной и научно-технической литературы позволил сделать вывод об отсутствии технических решений, содержащих существенные признаки заявленного способа, выполняющих аналогичную задачу, поэтому можно сделать вывод о соответствии критерию «новизна» и «изобретательский уровень».

Реагенты, применяемые в заявляемом способе, и, соответствующие требованиям ГОСТов и ТУ, представлены в таблице 1.

Осуществление способа приготовления тампонажного раствора.

В реактор с водой, нагретой до температуры не ниже 75°С, при перемешивании вводят натриевую силикат-глыбу с силикатным модулем 2,5-2,8 и продолжают нагревание. При достижении температуры реакционной смеси 90-97°С в реактор при перемешивании загружают модифицирующую добавку — кремнеземный наполнитель Росил-175. Процесс продолжают до полного растворения силикат-глыбы и кремнеземного наполнителя Росил-175. Степень готовности модифицированного жидкого стекла определяют по значению силикатного модуля согласно рецептуре тампонажного раствора, выбор которой зависит от геолого-технических характеристик скважины.

Полученное модифицированное жидкое стекло смешивают с водой и формамидом в массовом соотношении 100:10-25:10-25 или с водой, этилацетатом в присутствии неонола АФ 9-12 в массовом соотношении 100:100:5-10:1. Поверхностно-активное вещество неонол АФ 9-12, будучи растворимо как в органической, так и в неорганической фазах, способствует равномерному гелеобразованию тампонажного раствора.

Смотрите так же:  Рецепт пельмени с сыром в духовке

В результате предлагаемый способ приготовления тампонажного раствора увеличивает силикатный модуль жидкого стекла до 3,5-5,0, который является оптимальным для получения тампонажного раствора с повышенной изолирующей способностью и широким диапазоном технологических возможностей.

Водоизолирующие свойства тампонажных растворов изучались на моделях пласта длиной 7 см и внутренним диаметром 2,7 см, заполненных кварцевым песком фракции 0,2-0,3 мм, которые позволяют моделировать закачку реагентов в пласт и вести непрерывный контроль за их расходом по схеме: «скважина-пласт» и «пласт-скважина». По результатам модельных испытаний рассчитывают коэффициент изоляции, который характеризует степень снижения проницаемости модели.

Экспериментальным путем установлены оптимальные соотношения между силикатным модулем жидкого стекла и количеством всех компонентов тампонажного раствора с целью получения тампонажного раствора с высокой изолирующей способностью.

Соотношения компонентов тампонажных растворов, приготовленных по предлагаемому способу и прототипу, время их отверждения и коэффициенты изоляции представлены в таблицах 2 и 3.

Ниже приведены примеры, подтверждающие возможность осуществления способа.

Пример 1 (по таблице 2).

Процесс приготовления модифицированного жидкого стекла ведут в реакторе с рабочим объемом 6 м 3 при постоянном перемешивании и нагревании. В реактор с 200 мас.ч. воды, нагретой до температуры 75°С, при перемешивании загружают 100 мас.ч. натриевой силикат-глыбы с силикатным модулем 2,5-2,8 и продолжают нагревание. При достижении температуры реакционной смеси 95°С в реактор при перемешивании вводят модифицирующую добавку — 27 мас.ч. кремнеземного наполнителя Росил-175. Процесс продолжают до полного растворения силикат-глыбы и кремнеземного наполнителя Росил-175. При этом получается модифицированное жидкое стекло с плотностью 1350 кг/м 3 и силикатным модулем 3,5.

Далее на скважине производят смешение 100 мас.ч. модифицированного жидкого стекла с силикатным модулем 3,5, плотностью 1350 кг/м 3 , 25 мас.ч. формамида и 25 мас.ч. воды. Перемешивают тампонажный раствор в течение 10 минут и закачивают в скважину (таблица 2, №1). Тампонажный раствор, приготовленный таким образом, имеет плотность 1220 кг/м 3 , вязкость менее 30 мПа·с, начало отверждения 1 ч 30 мин, конец — 2 ч, коэффициент изоляции 95%.

Примеры 2-9 (по таблице 2) производят аналогично примеру 1.

При уменьшении силикатного модуля модифицированного жидкого стекла до 3 тампонажный раствор не отверждается, а коэффициент изоляции такого раствора резко снижается до 12% (таблица 2, №А). Увеличение силикатного модуля модифицированного жидкого стекла до значения большего, чем 5 приводит к быстрому отверждению тампонажного раствора (таблица 2, №Б). Из этого следует, что применение модифицированного жидкого стекла с силикатным модулем ниже 3 и выше 5 в данном способе не целесообразно.

Сроки отверждения тампонажных растворов, приготовленных с использованием модифицированного жидкого стекла с одинаковым силикатным модулем, регулируются количеством формамида. Из таблицы 2 (№2-5) видно, что снижение количества формамида с 25 мас.ч. до 12 мас.ч. увеличивает время отверждения с 2 ч до 8 ч.

Пример 1 (по таблице 3, №5).

Процесс приготовления модифицированного жидкого стекла ведут в реакторе с рабочим объемом 6 м 3 при постоянном перемешивании и нагревании. В реактор с 200 мас.ч. воды, нагретой до температуры 75°С, при перемешивании загружают 100 мас.ч. натриевой силикат-глыбы с силикатным модулем 2,5-2,8 и продолжают нагревание. При достижении температуры реакционной смеси 95°С в реактор при перемешивании вводят модифицирующую добавку — 33 мас.ч. кремнеземного наполнителя Росил-175. Процесс продолжают до полного растворения силикат-глыбы и кремнеземного наполнителя Росил-175. При этом получается модифицированное жидкое стекло с плотностью 1390 кг/м 3 и силикатным модулем 4.

Далее на скважине производят смешение 100 мас.ч. модифицированного жидкого стекла с силикатным модулем 4, плотностью 1390 кг/м 3 , 100 мас.ч. воды и 6 мас.ч. этилацетата в присутствии 1 мас.ч. неонола АФ 9-12. Перемешивают тампонажный раствор в течение 10 минут и закачивают в скважину.

Тампонажный раствор, приготовленный таким образом, имеет плотность 1180 кг/м 3 , вязкость менее 10 мПа·с, начало отверждения 1 ч 35 мин, конец — 1 ч 50 мин, коэффициент изоляции 98%.

Остальные примеры по таблице 3 производят аналогично примеру 1.

При уменьшении силикатного модуля — модифицированного жидкого стекла до 3, тампонажный раствор не отверждается, а коэффициент изоляции такого раствора снижается до 15% (таблица 3, №А). Увеличение же силикатного модуля модифицированного жидкого стекла до значения более, чем 5 приводит к быстрому отверждению тампонажного раствора (таблица 3, №Б). Таким образом, применение модифицированного жидкого стекла с силикатным модулем ниже 3 и выше 5 делает невозможным его применение при изоляционных работах на скважинах.

При использовании модифицированного жидкого стекла одинакового модуля изменением количества этилацетата можно регулировать время отверждения тампонажного раствора (таблица 3, №4-6).

По результатам таблиц 2 и 3 видно, что тампонажные растворы, приготовленные по предлагаемому способу, характеризуется повышенной изолирующей способностью, которая достигается за счет увеличения силикатного модуля модифицированного жидкого стекла до 3,5-5,0, что позволяет также увеличить технологические возможности применения тампонажного раствора.

Использование предлагаемого способа позволяет увеличивать силикатный модуль модифицированного жидкого стекла в требуемых пределах, необходимых для увеличения изолирующей способности тампонажных растворов. Сроки отверждения тампонажных растворов регулируются силикатным модулем модифицированного жидкого стекла, его плотностью и количеством органических отвердителей.

Приготовление тампонажных растворов методом рециркуляции

Preparing cement slurries by recurculating method without mixing mechanisms

V.Milshtejn, D.Novokhatsky, NPO «Drilling» OAO

В промысловой практике зачастую возникают условия, когда необходимо готовить тампонажный раствор для цементирования продуктивных и других интервалов в скважинах при ограниченном составе цементировочного оборудования и отсутствии смесительноосреднительной установки. Сложность выполнения цементировочного процесса в таких случаях заключается в необходимости частого переключения манифольдов, с изменением характера выполняемой каждым агрегатом технологической операции.

Примером может служить процесс приготовления тампонажных растворов при предполагаемом цементировании эксплуатационной колонны на скважине №207 Тямкинская (Правдинской геологоразведочной экспедиции) глубиной 3000 м с забойной температурой 95°С.

In the field practice we frequently face needs to prepare cement slurries for cementing operations in productive and other intervals, but the range of cementing equipment is limited and mixing averagers are absent. The main problem of cementing process here is frequent manifold switching while changing the operation mode of the equipment units. The article discusses the way of composing cementing slurries using a recirculation method if there is no mixing averager.

Если вас интересует полный текст статьи, Вы можете заказать ее в издательстве.

Комментарии посетителей сайта

старший научный сотрудник лаборатории технических средств для крепления скважин

ОАО НПО «Бурение»

д.т.н., профессор, главный научный сотрудник лаборатории крепления скважин

Способы и технологии цементирования скважин: как приготовить и залить тампонажный раствор

После бурения скважины в рыхлых песчаных грунтах наступает этап, направленный на укрепление труб обсадной колонны. Заодно следует защитить ствол от повреждения, агрессивного воздействия грунтовых вод, коррозии и прочих негативных явлений. Речь идёт о таком процессе, как цементирование скважин.

Выполнить работу по цементированию самостоятельно достаточно сложно, но возможно, при наличии знаний о технологиях проведения мероприятия.

Зачем цементировать скважину?

Цементирование скважины — процесс, который следует сразу после окончания буровых работ. Процедура цементирования заключается в том, что в затрубное или межтрубное (в случае если обсадная труба помещена в свою очередь в полиэтиленовую более широкую трубу) вводится цементный раствор, который со временем затвердевает, образуя монолитный ствол скважины.

Цементный раствор в этом случае называется «тампонажный», а сам процесс «тампонированием». Сложный инженерный процесс, именуемый технологией цементирования скважин, требует определённых знаний и специального оборудования.

В большинстве случаев источники воды можно тампонировать своими руками, что обходится гораздо дешевле, чем привлечение специалистов.

Правильно произведённое тампонирование скважин на воду способствует:

  • обеспечению прочности конструкции скважины;
  • защите скважины от грунтовых и верховых вод;
  • укреплению обсадной трубы и защите её от коррозии;
  • повышению срока эксплуатации водоисточника;
  • устранению крупных пор, пустот, зазоров, через которые в водоносный горизонт могут попасть нежелательные частицы;
  • вытеснению бурового раствора цементным, если первый использовался при бурении.

От того, насколько грамотно осуществлено цементирование, будет зависеть качество добываемой воды и эксплуатационные характеристики скважины. Также цементирование производится для ликвидируемых скважин, которые больше не будут больше эксплуатироваться.

Этапы цементирования источника воды

Весь процесс цементирования складывается из нескольких этапов, каждый из которых имеет свои нюансы:

  1. Приготовление тампонажного раствора для заполнения затрубного пространства.
  2. Подача приготовленного цемента к скважине.
  3. Закачка тампонажного раствора в затрубное пространство.
  4. Период затвердевания цементного раствора.
  5. Проверка качества цементирования.

Каждый этап требует использования определённых инструментов и спецоборудования. Расчёты необходимых материалов лучше произвести до начала тампонажных работ, т.к. процесс тампонирования должен длиться непрерывно и если вам, например, не хватает цементного раствора, то это самым негативным образом скажется на качестве цементирования. Важнейшие этапы рассмотрим более подробно.

Грамотное приготовление раствора

Тампонажный раствор для цементирования скважины должен отвечать целому ряду требований и обладать:

  • высокими адгезивными свойствами с поверхностями любого типа;
  • высокой прочностью после застывания, устойчивостью к механическим воздействиям;
  • пластичностью и хорошей текучестью, чтобы заполнить все трещины и пустоты;
  • химической нейтральностью в отношении тампонируемых слоёв грунта;
  • устойчивостью к размыванию грунтовыми водами;
  • отсутствием усадки при затвердевании.

Также раствор должен обладать такой консистенцией, чтобы его можно было без проблем доставлять к скважине и производить закачку. Раствор должен хорошо смываться с оборудования, не быть в отношении него химически агрессивным и иметь минимальный коэффициент потери при транспортировке к скважине.

Смотрите так же:  Рецепт солянки с копченой колбасой и маслинами

Процесс приготовления цементного раствора для тампонирования заключается в равномерном перемешивании компонентов, входящих в его состав с последующей заливкой в него воды, с предварительно растворёнными в ней специальными добавками.

Самыми простыми растворами, которые можно приготовить самостоятельно, являются:

  1. Портландцемент + кварцевый песок (1:1) + специальные добавки и вода до получения требуемой консистенции. Такой раствор имеет невысокую плотность, а его приготовление является сложным, т.к. песок, входящий в состав часто выпадает в осадок и применение раствора становится невозможным.
  2. Портландцемент + барит (1,1:1) + специальные добавки и вода. Недостаток такого раствора — невысокая прочность.
  3. Портландцемент + наполнитель. В качестве наполнителя применяется асбест (на песчаных грунтах), волокнистые материалы.

Для приготовления цементирующей смеси лучше всего использовать тампонажный портландцемент, представляющий собой разновидность цемента на основе силикатов.

Такой цемент, конечно, стоит дороже, чем обычный портландцемент, однако его прочностные характеристики намного выше, чем у обычного. Барит — тяжёлый минерал, повышающий плотность раствора. Приобрести барит можно в строительном магазине, торгующем сыпучими строительными материалами.

Под специальными добавками, входящими в состав цементирующих растворов, понимают различные вещества, придающие раствору особые свойства. К ним относят:

  • ускорители схватывания цемента (хлористый кальций, кальцинированная сода, поташ), применяемые, если цементирование происходит при температуре ниже +5 градусов;
  • замедлители схватывания, используемые для предотвращения быстрого затвердения (это хлориды кальция или натрия, нитрит натрия и др.);
  • пластификаторы для получения оптимальной вязкости (полимерные модификаторы);
  • морозостойкие добавки (кремнийорганические соединения вкупе с пластификаторами);
  • влагопоглощающие добавки (вещества, полученные из соединений, относящихся к группам сахарной, лимонной, винной и тетраоксиадипиновой кислот) и др.

Специальные добавки размешиваются в воде, которую в дальнейшем применяют для приготовления тампонажного раствора. Перемешивают раствор при помощи специальных машин — миксеров. Иногда допускается ручное замешивание, но оно требует определённой сноровки и больших трудозатрат.

Необходимое для работ оборудование

Все работы по цементированию водоносных скважин должны выполняться строго в соответствии с техническими требованиями, нарушение которых приведёт к некачественному цементированию. Приступая к тампонированию скважины, вам стоит знать, что это необратимый процесс, исправить что-либо после начала подачи раствора в затрубное пространство скважины невозможно, поэтому подготовительным работам, а именно к приготовлению раствора для цементирования и выбору оборудования, нужно подойти максимально ответственно!

Самый простой и эффективный способ — аренда оборудования на платформе автотехники. Такой комплекс сможет приготовить цементный раствор и под давлением перекачать его в скважину, при этом источником энергии для работы оборудования служит мощный автомобильный двигатель. Если использование агрегатов на базе спецавтомобиля невозможно, то вам потребуется:

  • миксер для приготовления цементного раствора;
  • насос высокого давления, осуществляющий подкачку раствора к скважине;
  • цементировочная головка для закачки раствора внутрь скважины;
  • заливочные пробки (количество зависит от способа цементирования);
  • различный мелкий инвентарь (шланги, мерные ёмкости).

В качестве шланга многие специалисты рекомендуют вместо традиционных ПНД труб диаметром 32 см использовать гибкий пожарный шланг. Он плоский и отлично проходит в межтрубное пространство, обеспечивая эффективную подачу раствора.

Способы заливки раствора в скважину

Основными способами цементирования скважин являются:

  • сплошное или одноступенчатое;
  • двухступенчатое;
  • манжетное;
  • обратное.

Все способы цементирования водозаборных скважин основаны на одном принципе — закачке в затрубное пространство тампонажного раствора. При этом выбор технологии цементирования зависит от конкретных условий: типа грунта, глубины скважины, материала обсадных труб, климатических и гидрогеологических условий местности.

Выбранная технология тампонирования скважины на воду должна обеспечить:

  • заполнение раствором всего створа скважины на всю глубину;
  • полностью вытеснить промывочную жидкость (при её наличии);
  • создание высокопрочного цементного камня, устойчивого к физическим, механическим и химическим воздействиям;
  • высокий показатель адгезии с грунтовыми стенками скважины, обсадными трубами.

Для глубоких скважин применяют сегментарное цементирование, т.е. цементируется не весь створ скважины сразу, а только его отдельные сегменты.

Этот процесс очень сложный и практика показывает, что выполнить его самостоятельно практически невозможно. Поэтому подробнее рассмотрим технологию одно- и двухступенчатого и манжетного цементирования.

Одноступенчатое или сплошное цементирование

Этот способ наиболее часто применяют для цементирования бытовых водоносных скважин. При его реализации цементирующий раствор закачивается в затрубное пространство.

Раствор закачивается под давлением при помощи оборудования, которое установлено на платформу спецавтомобиля или стационарно недалеко от скважины. Цементирующий раствор под своей тяжестью движется к основанию-«башмаку» обсадной колонны, заполняя все затрубные полости.

Перед началом работ по цементированию проводится промывка скважины, а затем вводится нижняя пробка, которая будет выполнять роль ограничителя. Включается бетононасос и начинается закачка тампонирующего раствора, под воздействием которого пробка опускается, пока не достигнет «башмака» обсадной колонны.

После закачки раствора устанавливается верхняя пробка и начинается уплотнение цементной смеси, до тех пор, пока верхняя пробка не упрётся в нижнюю. Это будет означать, что раствор заполнил всё затрубное пространство. Уплотнение осуществляется вибропрессом при помощи подкачки раствора бетононасосом.

Зацементированная скважина оставляется в покое на 36-48 часов для полного затвердевания раствора. Данный способ подходит только для неглубоких ровных по конфигурации скважин. Недостатком этого метода является невозможность отследить момент, когда цементный раствор достиг нижней точки створа скважины.

Двухступенчатая система заливки

Этот метод цементирования был разработан для скважин нефтяной промышленности. По причине того, что он требует использования серьёзного промышленного оборудования (мощного бетононасоса), в обустройстве скважин он применяется не часто. Двухступенчатое цементирование используют в следующих случаях:

  • цементный раствор схватывается настолько быстро, что нельзя закончить цементирование в один цикл;
  • когда требуется выделить два участка в затрубном пространстве, которые разделены значительным расстоянием;
  • при большой глубине скважины, когда провести работы в один цикл невозможно.

В остальных случаях применение двухступенчатого способа нецелесообразно по причине длительности процесса и экономическим показателям.

Принцип двухступенчатого цементирования основан на том, что закачка цемента в затрубное пространство осуществляется в два приёма.

Первая порция тампонажного раствора загружается и продавливается. Опускается нижняя пробка, которая род действием раствора пробка опускается на дно. Вторая порция раствора закачивается через 12-36 часов, после окончательного затвердевания первой порции.

Применение манжетного способа

Этот метод цементирования используется, если необходимо укрепить только верхнюю часть скважины. При этом первоначальной задачей будет определение уровня, до которого будет производиться цементирование.

Уровень отмечается по обсадной трубе установкой специального манжета. Нижняя часть створа при этом надёжно защищена манжетой от проникновения тампонирующего раствора.

Раствор закачивается точно так же, как и при одноступенчатом цементировании. Применяется манжетный способ в том случае, если верхняя часть скважины расположена на песчаных грунтах, а нижняя — на глинистых. Это встречается достаточно редко, поэтому данный способ не нашёл широкого применения.

Процесс образования цементного камня

Процесс образования цементного камня начинается сразу после закачки тампонирующего раствора и длится от 12 до 36 часов. Основными факторами, влияющими на длительность затвердевания раствора до состояния цементного камня:

  • свойства компонентов, входящих в состав раствора;
  • грунты, материал обсадных колонн;
  • гидрогеологические и климатические условия на участке;
  • плотность закачки, правильность осуществления процесса тампонирования.

В период затвердевания необходимо оставить скважину в состоянии покоя. Запрещается использовать тросы, ломы, проволоку для оценки качества цементирования, т.к. это может нарушить целостность образующегося цементного камня.

Оценка качества цементирования

Стоит отметить: несмотря на то, что оценка качества цементирования водоносных скважин является очень важным этапом, провести её самостоятельно невозможно.

Для её осуществления требуется специальное лабораторное оборудование, которое очень редко встречается даже у организаций, которые занимаются бурением. Если вы всё-таки намерены произвести оценку проведённого тампонирования, то можете заказать услугу контроля качества одним из трёх способов:

  • акустический, основанной на простукивании стенок обсадной колонны, с последующей обработкой полученных данных компьютерными программами;
  • радиологический, когда измерение при помощи радиоприборов;
  • термальный, основанный на принципе измерения выделяемого тепла при застывании цементного раствора.

В «домашних» условиях вы можете использовать упрощённый термальный метод, измерив температуру у стенок скважины. Когда она сравняется с окружающей температурой воздуха и станет ниже на 0,5-1,5 градусов, тогда можно говорить о полном затвердевании. Однако даже после этого рекомендуется выждать 2-3 дня и только тогда осуществлять ввод скважины в эксплуатацию.

После завершения проверки устье скважины прочищается от остатков цементного раствора при помощи желонки. Затем производится проверка герметичности, для чего в трубу скважины закачивается вода под высоким давлением в течение 30 минут. Критерием герметичности будет снижение давления примерно на 0,3-0,5 МПа. Теперь скважина полностью готова к использованию.

Выводы и полезное видео по теме

В ниже представленных видеороликах речь идёт о скважинах в нефтегазовой отрасли, но принцип технологии производства работ такой же, как для водоносных скважин.

Процедура одноступенчатого цементирования скважины:

Специфика производства манжетного цементирования:

Технологические особенности двухступенчатого цементирования:

Цементирование — сложный процесс, требующий применения специализированной техники. Однако это не говорит о том, что провести его самостоятельно невозможно. Выбрав и правильно приготовив тампонажный раствор, используя минимальный набор агрегатов, с работой вполне можно справиться самостоятельно.

В любом случае эксплуатация скважины без укрепления ствола цементом не будет долгой, а затраты на бурение нового водоисточника будут ничуть не меньше.