Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Одна из важнейших операций при строительстве скважин — тампонаж — ные работы. Некачественное разобщение продуктивных горизонтов может привести к серьезным авариям, требующим больших расходов на ремонт, и даже к ликвидации скважин.

Качественное проведение цементировочных работ в значительной сте­пени зависит от точного соблюдения технологии процесса, однако негер — метичность затрубного пространства, вызванная образованием в нем флюидопроводящих каналов, в полной мере зависит от качества тампо — нажного раствора. Наряду с технологическими мерами улучшения качества цементирования в каждом конкретном случае необходимо применять тампонажный материал, наилучшим образом отвечающий конкретным ус­ловиям в скважине.

Успешное цементирование скважин, особенно глубоких, в большой сте­пени зависит от тщательного подбора рецептуры тампонажной смеси для условий конкретной скважины. Во многих случаях целесообразно использование расширяющихся тампонажных материалов. Этому вопросу в настоящее время уделяется большое внимание. Применение этих матери­алов особенно важно, если существует опасность газопроявлений, меж — пластовых перетоков, и является фактором повышения герметичности за­трубного пространства скважин в сложных геологических условиях.

При цементировании сверхглубоких скважин одна из серьезнейших проблем — замещение бурового раствора цементным за эксплуатацион­ными колоннами или хвостовиками. При этом высокая температура отри­цательно влияет на свойства и качество цементного раствора, особенно если принять во внимание, что разность температур в нижней и верхней частях цементного столба превышает 55° С, что сказывалось на сроках схватывания цемента.

Качественное цементирование скважин требует полного замещения бурового раствора цементным и его быстрого схватывания сразу же после заливки для предотвращения перетоков газа и воды по цементному кольцу.

Целесообразность учета влияния температуры и давления на реологи­ческие свойства тампонажных растворов обусловлена ростом глубин скважин.

Испытания, регламентированные ГОСТ 310.1—76, 310.3—76, 310.4— 81, 1581—85, не обеспечивают всего комплекса необходимых измерений.

Если сроки схватывания раствора и прочность цементного камня опре­деляются сравнительно просто, то степень загустевания раствора при воз­действии температуры и давления можно установить лишь с помощью кон­систометра.

До настоящего времени не существует критериев однозначной оценки свойств тампонажных материалов для конкретных условий цементиро­вания. Выбор тампонажного материала осложняется большой разницей в качестве всех составляющих его компонентов.

Рецептуры тампонажных материалов в каждом отдельном случае под­бирают на специально предназначенных для этого установках, имити­рующих условия зоны цементирования по температуре и гидростатическо­му давлению. •

Свойства тампонажных материалов регулируются разбором двух реа­гентов и более в различной комбинации. Совершенно недопустимо коли­чественное сравнение применяемых реагентов, оно возможно только по результатам их действия. .

В большинстве случаев не может быть обеспечен контроль физико­химических и реологических характеристик тампонажных растворов на буровой и тем более в потоке. Это в первую очередь относится к изме­рению параметров раствора, которые определялись в течение длительно­го времени.

Испытания тампонажных растворов регламентированы ОСТ 39-051—77 «Раствор тампонажный. Методы испытаний». Стандарт распространяется на тампонажный раствор, предназначенный для цементирования нефтяных и газовых скважин в области положительных температур, и устанавливает единые средства измерения и лабораторные методы определения расте — каемости, плотности, сроков схватывания, времени загустевания, водоотда­чи раствора, а также прочность тампонажного камня. Стандарт не рас­пространяется на методы испытания тампонажных портландцементов и их разновидностей по ГОСТ 1581—85.

Для проведения испытаний тампонажных материалов ОСТ 39-051—77 регламентирует отбор пробы материалов, методы и средства взвешивания, определения объема и приготовления пробы раствора.

Отклонения в результатах параллельных определений не должны пре­вышать следующих величин (в % от среднего значения): растекаемость ±2,5, плотность ±1,0, сроки схватывания ±15, время загустевания ±10, водоотдача ± Кгг-прочность при изгибе и сжатии ±10, газопроницае­мость ±15.

Для приготовления пробы тампонажного раствора применяют: весы типа ВЛКТ-2, мерный цилиндр на 500 см3, сито № 90 с сеткой 09, лабораторную мешалку с частотой вращения рабочего органа 1000 ± 100 об/мин, объемом стакана 1000± 10 см3 и временем перемешивания 3 мин±5 с.

Определение растекаемости тампонажного раствора

Для определения растекаемости цементного раствора по ГОСТ 1581—85 в закрытых, сухих, отапливаемых помещениях предназначен конус КР-1 конструкции АзНИИ.

Проведение испытаний. Приготовленный тампонажный раствор зали­вают в конус, установленный на столе прибора, до его верхнего торца. Время от окончания перемешивания раствора до заливки его в конус — не более 5 с. Резко поднимают конус и через 10—12 с отсчитывают диаметры расплыва в двух взаимно перпендикулярных направлениях, соответствую­щих большей и меньшей величине расплыва. Растекаемость определяют как средний диаметр расплыва.

Технические данные КР-1

Пределы измерения, мм………………………………………………………………………………. . 100—250

TOC o "1-5" h z Погрешность измерения, мм…………………………………………………………………………………. ±2,5

Габаритные размеры, мм (диаметр X высота)…………………………………………………… 345X95

Масса, кг………………………………………………………………………………………………………….. 0,5

Цена деления шкалы конуса, мм………………………………………………………………………………. 5

Диаметр конуса, мм:

верхнего………………………………………………………………………………………………… 36 + 0,62

нижнего…………………………………………………………………………………………………. 64 + 0,74

Рабочая температура, °С…………………………………………………………………………………. 10—50

Рабочая влажность при 20° С, %…………………………………………………………………………….. 65

Определение плотности тампонажного раствора

Для определения плотности тампонажного раствора служат: пикно­метр вместимостью 100 см3 и весы. ,

Проведение испытаний. Определяют массу чистого сухого пикнометра и пикнометра, заполненного тампонажным раствором.

Затем вычисляют плотность раствора по формуле

m2 — mi 1п3

р=—у—10’

где р — плотность образца тампонажного раствора, кг/м3; т2 — масса пикнометра с тампонажным раствором, г; т — масса пустого пикно­метра, г; V — вместимость пикнометра, см3.

Определение сроков схватывания тампонажного раствора

Сроки схватывания определяют по ГОСТ 1581—85 при погружении в твердеющий раствор игл диаметром 0,9—1,1 мм под действием груза массой 300+10 г. По мере роста прочности структуры тампонажного раствора сопротивление погружению иглы в него возрастает и наступает момент, когда игла не погружается в раствор..

Время, прошедшее от момента затворения тампонажного раствора до момента, когда игла, погружаясь в раствор, не доходит на 1—2 мм до основания формы, называется началом схватывания; время, прошедшее

127

от начала затворения тампонажного раствора до момента, когда игла погружается в раствор менее чем на 3 мм,— концом схватывания.

При атмосферном давлении сроки схватывания определяются при­бором Вика ИВ-2, помещенном в термостат, представляющий собой теп­лоизолированную емкость с водой, температура которой поддерживается автоматически с погрешностью ±2° С.

Мощность нагревателя должна обеспечивать нагрев рабочей жидкости до 90° С.

Прибор ИВ-2 предназначен для определения нормальной густоты и сроков схватывания цементного теста по методу, установленному ГОСТ 310—76, а также для определения толщины корки глинистого раствора.

Технические данные ИВ-2

‘ 1,1 ±0,04 10 ±0,02 300 ±2 1,0 ±0,06 200X145X255 2,5 1—40 65 •

TOC o "1-5" h z Диаметр иглы Вика, мм…

Диаметр пестика Тетмайера, мм Масса подвижной системы, г Цена деления шкалы, мм. .

Габаритные размеры, мм. .

Масса, кг……………………………………..

Рабочая температура, °С. .

Рабочая влажность при 20° С, %

Продолжительность операции от момента затворения до момента по­мещения кольца Вика в термостат не должна превышать 10 мин. Интер­валы между замерами зависят от интенсивности структурообразования. Чем больше разница между результатами последующих измерений, тем короче должен быть интервал времени между замерами.

Испытания при повышенных давлениях и температуре проводят на установке УС-1.

Определение времени загустевания тампонажного раствора

Образец тампонажного раствора помещают в стакан, снабженный лопастным устройством, связанным с измерительной пружиной. Стакан вращают с постоянной частотой, при этом лопастное устройство закру­чивается на угол, величина которого пропорциональна консистенции ра­створа.

Время от начала перемешивания, в течение которого консистенция тампонажного раствора достигает 30 единиц условной вязкости, называют временем загустевания.

Для определения консистенции применяют консистометры КЦ-3 и КП-5.

Определение водоотдачи тампонажного раствора

Водоотдача характеризуется скоростью фильтрации жидкой фазы раствора за первые 3 мин при постоянном перепаде давления на образце, 128

помещенном в стакан с фильтратом. Измеряют водоотдачу на установке УВЦ-2.

В течение процесса фильтрации поддерживается перепад давления с погрешностью 5% от заданного.

Среднюю скорость фильтрации вычисляют по формуле

v — Qt/{Ft),

где v — средняя скорость фильтрации, см/мин; Qt — объем фильтрата, выделившегося за время t, см3; t — время фильтрации, отсчитываемое от момента создания перепада давления на образце, мин; F — площадь фильтрации, см2.

Определение прочности тампонажного камня

Для определения прочности тампонажного камня применяют авто­клавы с помещаемыми в них формами и установку ПЦК.-1, состоящую из блоков для формирования и испытания образцов. Формирование образцов проводится в условиях высоких давления и температуры, а испытания на прочность при изгибе и сжатии — при нормальных усло­виях. .

Образцы испытывают в течение 2 ч 30 мин после раскрытия форм. Предел прочности при изгибе определяют по формуле

аизг = 0,015 — bh2

где Р — разрушающее усилие, приложенное к образцу, Н; L — расстоя­ние между центрами опор (база изгиба), см; Ь — ширина образца (по­перечный размер в направлении, перпендикулярном к плоскости изгиба), см; Л — высота образца (поперечный размер в направлении изгибающей силы), см.

Предел прочности при изгибе вычисляют как среднее арифметическое результатов испытаний четырех образцов.

Полученные после испытания на изгиб четыре нижние половинки испытывают на сжатие. Предел прочности при сжатии рассчитывают по формуле •

асж = 0,01 (P/S),

где Рсж — разрушающее усилие, Н; S — площадь опорной поверхности пластины, см2.

Предел прочности при сжатии вычисляют как среднее арифметическое результатов испытаний четырех образцов.

Для контроля основных параметров тампонажных материалов, при­меняемых при креплении глубоких и сверхглубоких нефтяных и газовых скважин, служит комплекс лабораторных приборов и установок контроля параметров тампонажных материалов при высоких температурах и дав­лениях [10].

Комплекс в целом или отдельные входящие в него установки могут быть использованы в лабораториях тампонажных и буровых предприятий, а также в научно-исследовательских организациях, занимающихся ис­следованием и разработкой рецептур тампонажных растворов для цемен­тирования скважин.

Условия эксплуатации комплекса:

TOC o "1-5" h z Температура окружающего воздуха, °С…………………………………………………….. 5—50

Относительная влажность на всем диапазоне температур, % . …………………….. 30—80

Средний срок службы, лет > 6

Комплекс обеспечивает выдачу данных об основных технологических параметрах тампонажных растворов: времени загустевания (консистен­ция); сроке схватывания, водоотдаче под действием перепада давления; объемных изменениях при твердении; времени набора необходимой проч­ности, времени ожидания затвердения (ОЗЦ); прочности тампонажного камня.

Комплекс включает в себя лабораторную мешалку для приготовления проб тампонажных растворов в идентичных условиях.

Время загустевания (консистенция) тампонажных растворов изме­ряется в условных единицах. Он характеризует прокачиваемость ненью­тоновской жидкости, изменяющей с течением времени свою структуру, и измеряется с помощью консистометра.

Консистометр КЦ-3 предназначен для определения во времени степени загустевания (консистенции) цементных растворов, применяемых при цементировании нефтяных и газовых скважин при давлении на забое до lOt) МПа и температуре до 250° С.

Технические данные КЦ-3

TOC o "1-5" h z Диапазон определения консистенции, уел. ед………………………………. 0—100

Приведенная погрешность, % ±4

Частота вращения стакана с пробой цементного раствора,

об/мин…………………………………………………………………………………….. 60; 150

Максимальная температура нагрева пробы цементного раст­вора, °С. . . ‘………… ‘……. 250

Давление, МПа:

максимальное рабочее 100

максимальное, создаваемое насосом. ……………………………………………………. 4

срабатывания предохранительного клапана ‘ 105—110

Рабочая жидкость……………………………………………………………………. Масло индустри­

альное И-50А

Питание:

ток Переменный, трех­. фазный

напряжение, В……………………… *…………………………………………………………… 220Хзз; 380±57

TOC o "1-5" h z частота; Гц…………………………………………………………………………… 50± 1

Потребляемая мощность, кВ-А………………………………………………………………… <^2

Габаритные размеры, мм…………………………………………………………….. 1052X772X1324

Масса, кг…………………………………………………………………………………. sC 400

Средний срок службы, лет……………………………………………………………………….. >6

Консистометр (рис. 3.1) состоит из напольного стенда 1, в котором размещены: автоклав 9, подъемник 10, привод 8, насос 2, пресс 13, бачок 130

Рис. 3.1. Консистометр КЦ-3

11, панель электрокоммутирующих устройств 7, запорная арматура 12, потенциометр самопишущий 4, самопишущий прибор 5 с дифференци­ально-трансформаторной схемой, манометр 3 и автотрансформатор 6.

Принцип действия консистометра КЦ-3 (рис. 3.2) основан на дистан­ционном измерении момента на лопастном устройстве И, создаваемого цементным раствором при загустевании в стакане 12, вращающемся с заданной скоростью.

Лопастное устройство заторможено измерительной пружиной 10, угбл закручивания которой с помощью торцового кулачка 9 преобразуется в линейное перемещение плунжера 7 внутри катушки 6 дифференциально­трансформаторного датчика. Перемещение плунжера, пропорциональное моменту на лопастном устройстве, регистрируется прибором 20 с диффе­ренциально-трансформаторной схемой типа КСД1.

Стакан с пробой цементного раствора устанавливают внутри автоклава 16, в котором создаются необходимые давление и температура.

24 23 Рис. 3.2. Гидроэлектрическая схема консистометра КЦ-3

Пробу цементного раствора в стакане нагревают трубчатым электро­нагревателем 13, установленным внутри автоклава.

Скорость нагрева регулируют изменением мощности, подаваемой на нагреватель, с помощью автотрансформатора 21. Мощность контролирует­ся измерением тока с помощью амперметра 22. Контроль, регистрация и автоматическое поддержание заданной температуры проводятся термо­парой 15, введенной в автоклав и соединенной с самопишущим потен­циометром 19 типа КСП1.

По окончании замера пробу охлаждают, пропуская воду через камеру охлаждения, образуемую винтовой ребристой поверхностью автоклава и приваренной к нему металлической рубашкой 17.

Для уменьшения теплообмена служит теплоизоляционный кожух 18. Автоклав и гидравлическую систему заполняют маслом, которое подается ручным насосом 2 из бачка 5 через систему трубопроводов и манифольды 1 н 26.

Давление в автоклаве создается и регулируется гидравлическим прес­сом 4 и контролируется манометром 3; в приборе установлен также регу­лируемый пружинный предохранительный клапан 25.

Стакан с пробой раствора приводится во вращение электродвигателем 23 через червячный редуктор 24. Частоту вращения изменяют, переставляя приводной ремень с одного ручья на другой на двухручьевых шкивах ре­дуктора и электродвигателя.

Стакан с пробой вместе с крышкой-вкладышем 8 устанавливают и извлекают из автоклава гидравлическим подъемником 14 с помощью на­соса 2.

Основной узел консистометра — автоклав (рис. 3.3). Корпус 11 авто-

Рис. 3.3. Автоклав консистометра КЦ-3

клава имеет наружную винтовую по­верхность, закрытую приваренным к корпусу металлическим кожухом и об­разующую камеру охлаждения. Ниж­няя часть корпуса имеет внутренний буртик, на который через стальное упорное кольцо 17 и фторопластовое уплотнительное кольцо 16, ограни­ченное тремя коническими бронзовы­ми кольцами 15, опирается дно 14.

В дне смонтирован трубчатый электро-1 нагреватель 13. В центре дна установ­лен вал 19 привода стакана 23 для пробы раствора, опирающийся на упорный подшипник 20. Ввод вала герметизирован сальником из чере­дующихся фторопластовых 22 и чу­гунных 21 шайб. На верхней части вала закреплено лопастное устройст­во 12, служащее для перемешивания масла при нагреве и охлаждении.

В верхней части корпуса автокла­ва устанавливают вкладыш 6, удер­живаемый в корпусе замком-вилкой 5, два зуба которого входят в прямо­угольные отверстия на корпусе авто­клава.

В верхний торец вкладыша ввер­нут корпус 4, выполненный из не­магнитной стали, на котором установ­лена индукционная катушка 3 дифференциально-трансформаторного дат­чика угла закручивания измерительной пружины. Внутри корпуса 4 рас­положен плунжер 2, шток которого опирается на винтовой кулачок 7, закрепленный вместе с измерительной пружиной 27 на валу 10 лопастного устройства. Лопастное устройство размещается в стакане 23, укрепленном четырьмя пружинами 26 на узле подвески 28, который, в свою очередь, закреплен во вкладыше 6.

В верхней части стакана 23 установлен резиновый разделитель 25, предотвращающий попадание масла из автоклава в пробу раствора.

В стенке автоклава против средней части стакана 23 установлена тер­мопара 24, открытый спай которой размещается в полости автоклава.

На корпус автоклава надет теплоизоляционный кожух 9. Рабочая жидкость (масло) подается в автоклав через штуцер 18, при заполнении автоклава воздух выпускается через верхний штуцер 1, соединенный про­зрачным пластмассовым трубопроводом с бачком для масла.

Вода в камеру охлаждения подается через штуцер 8, а выпускается в канализацию через трубопровод, подсоединенный к нижней части авто­клава.

Установка УС-1 предназначена для определения сроков начала и окончания схватывания тампонажных растворов, применяемых при креплении глубоких нефтяных и газовых скважин.

<40 ± 2 12 2 250 100 4 105—110

Технические данные УС-1

Глубина погружения игл, мм…………………………………………………………….

Допускаемая приведенная погрешность определения глубины

погружения игл, %…………………………………………………………………………

Максимальное число замеров в одном автоклаве……………………………………

Число автоклавов…………………………………………………………………………

Максимальная температура нагрева пробы цементного раст­вора, ° С……………

Давление, МПа:

максимальное рабочее………………………………………………………………….

максимальное, создаваемое ручным насосом ……………………………………..

срабатывания предохранительного клапана……………………………………….

Рабочая жидкость…………………………………………………………………………. Вода или масло

индустриальное

— И-50А

Питание:

ток……………………………………………………………………………………….. Переменный, одно­

фазный

напряжение, В………………………………………………………………………………………. 2201зз

TOC o "1-5" h z частота, Гц……………………………………………………………………………………………. 50+1

Потребляемая мощность, кВ-А……………………………………………………………………… <^3,5

Габаритные размеры, мм…………………………………………………………….. 1052X751X1324

Масса, кг………………………………………………………………………………… . <510

Установка (рис. 3.4) состоит из напольного стенда /, в котором размещены два автоклава 7, два подъемника 9, два насоса 8, один пресс 10, бачок 11 для рабочей жидкости, два предохранительных клапана 6, соединительная и запорная арматуры 12, самопишущий потенциометр 3, самопишущий прибор 4 с дифференциально-транс­форматорной измерительной схемой, два манометра 2 и спаренный автотрансформатор 5.

Основной узел установки — автоклав (рис. 3.5).

Корпус 8 автоклава имеет наружную винтовую поверхность, закрытую приваренным к корпусу металлическим кожухом и обра­зующую камеру охлаждения. Снаружи автоклав закрыт тепло­изолированным кожухом 7. Нижняя часть корпуса 8 имеет внутренний бурт, на который через стальное упорное кольцо 4 и фторопластовое уплотнительное кольцо 5, ограниченное тремя коническими бронзовыми кольцами, опирается дно 6, где размещены нагреватель 2 и термопара 1.

В верхней части корпуса автоклава установлен вкладыш 23, удерживаемый в корпусе замком-вилкой 19. Герметизация вкла­дыша в корпусе осуществляется фторопластовым уплотнительным кольцом 21 с коническими бронзовыми кольцами, зажатыми между вкладышем 23 и втулкой 20, которая упирается в замок-вилку 19. В нижней части вкладыша на трубчатом держателе крепится ста — 134

12

1
		11

|

СП

Г~НП

Рис. 3.4. Установка для определения сроков схва­тывания тампонажных материалов УС-1

кан 27 для пробы раствора с размещенными в крышке 26 иглами 25. Стакан можно поворачивать.

Поворот стакана для поочередной установки игл под грузом 24 осуществляется приводом 11 через вал 9, герметизируемый уплотнением 10, состоящим из чередующихся фторопластовых и чугунных колец и поджимаемым грундбуксой.

В немагнитном корпусе 15 размещен шток 18 с плунжером 17. Подъем и измерение перемещений плунжера 17 проводится с по­мощью индукционной катушки 16. Фиксатор 12 управляется эле­ктромагнитной катушкой 13. В верхней части полости автоклава установлен штуцер 14 выпуска воздуха. Жидкость подается в авто­клав через штуцер 28 охлаждающая жидкость подводится через штуцер 22, а сливается, через отверстие 3.

Рис. 3.5. Автоклав установки УС-1

Установка УВЦ-2 пред­назначена для определения водо­отдачи тампонажных растворов под действием заданного перепада давления при температуре до 250° С и абсолютном давлении (над фильтром) до 100 МПа. Она может быть использована в лабо­раториях тампонажных контор, управлений буровых работ и неф­тедобывающих объединений, а так­же в лабораториях научно-иссле­довательских организаций, зани­мающихся исследованием, разра­боткой и проверкой рецептур там­понажных смесей, применяемых для крепления глубоких и сверх­глубоких нефтяных и газовых сква­жин.

Установка (рис. 3.6) состоит из напольного стенда Л, в котором размещены: автоклав 12, подъем­ник 13, мультипликатор 10, насос 11, пресс 9, бачок 7, предохрани­тельный клапан 6, регистратор 2, соединительная и запорная армату­ры 8, самопишущий потенциометр 4, манометры 3 и автотрансформа­тор 5.

Принцип действия установки (рис. 3.7) основан на измерении во времени количества фильтрата, выделившегося из пробы раствора через фильтр 2 диаметром 40 мм под действием заданного перепада давления, равного разности давлений над фильтром и под ним.

При определении водоотдачи необходимый перепад давления создается и поддерживается прессом 10 с помощью мультипликатора 16, имеющего постоянный поршень 15 диаметром 43,7 мм и связанный с ним сменный поршень 14 меньшего диаметра, размещаемый в сменном цилиндре. Задан­ные перепады давления достигаются установкой в мультипликаторе смен­ных поршней и цилиндров. Диаметры сменной пары поршень — цилиндр 7, 10, 12, 14 и 17 мм соответствуют перепадам давления на фильтре 2,5; 5; 7,5; 10 и 15% от давления в автоклаве.

I

к

К

nz1

Рис. 3.6. Установка для оп­ределения водоотдачи тампо­нажных материалов УВЦ-2

Полость под постоянным поршнем мультипликатора связана с под- фильтровым пространством, а полость между постоянным и сменным поршнями — с надфильтровым. Перепад давления определяется отноше­нием площадей сменного и постоянного поршней и равен разности дав­лений над и под фильтром, измеряемых манометрами 17.

Под воздействием перепада давления из пробы раствора через фильтр выделяется фильтрат, поступающий в полость под постоянным поршнем мультипликатора. Перемещение поршней через шток 13 с укрепленным на нем пером фиксируется регистратором 11 с приводом 12. Перемещение поршней на 1 мм соответствует объему 1,5 см3.

Проба раствора, помещенная в стакан, размещена в автоклаве 3 и перемешивается мешалкой 4. Для предотвращения начала водоотдачи раствора до установки стакана с пробой в автоклав служит клапан 1. Мешалка 4 приводится во вращение приводом 9 через вал 5, который

одновременно связан подъемником 6 мешалки и штоком 7 с сигнализато­рами 8 положения мешалки.

Технические данные УВЦ-2

TOC o "1-5" h z Диапазон определения водоотдачи, см3……………………………………………….. О—90

Абсолютная погрешность определения водоотдачи, см3 …. ±3

Давление, МПа:

максимальное рабочее………………………………………………………………………………. 100

максимальное, создаваемое насосом………………………………………………………………. 4

срабатывания предохранительного клапана………………………………………….. 105—110

Расчетные перепады давления на образце, %…………………………………………. 2,5; 5; 7,5; 10; 15

Максимальная температура нагрева пробы тампонажного раст­вора, ° С……………………… 250

Рабочая жидкость………………………………………………………………………………………. Вода

Питание:

ток……………………………………………………………………………………….. Переменный, трех­

фазный

напряжение, В……………………………………………………………………………….. 220±зз; 380±5?

TOC o "1-5" h z частота, Гц 50 ±1

Потребляемая мощность, кВ-А……………………………………………………………………… ^2,5

Габаритные размеры, мм…………………………………………………………………………. 1052X751X1324

Масса, кг………………………………………………………………………………………………….. 450

Основной узел установки — автоклав (рис. 3.8) состоит из корпуса”/-# с винтовой ребристой наружной поверхностью, закрытой приваренной к нему металлической рубашкой, дна 4 и вкладыша 29.

На корпус надет теплоизоляционный кожух 8. В дне автоклава за­креплены трубчатый электронагреватель 31 с максимальной мощностью 1,5 кВт и гнездо 32, в котором установлен съемный стакан с пробой, состоящий из корпуса 30 с крышкой 10 и устанавливаемой в нем мешалкой 9, фильтрационной решетки 7 и дна 5 с хвостовиком, имеющим на конце обратный клапан 33. Дно и фильтрационная решетка крепятся к корпусу стакана гайкой 6.

‘ Уплотнения дна и вкладыша в корпусе автоклава одинаковые и отли­чаются только размерами. Каждое из уплотнений состоит из фторопласто­вого кольца 12 и трех защитных конусных бронзовых колец 28. Предвари­тельный натяг при установке и страгивание при разборке дна автоклава осуществляют перемещением по шпилькам 3 двух секторов 2, опирающихся о выступы дна, с помощью гаек 1. Вкладыш автоклава удерживается в корпусе автоклава с помощью специального замка-вилки 13, два зуба которого входят в прямоугольные отверстия на корпусе автоклава. Вкла­дыш опирается на замок-вилку через уплотнение и опорное кольцо 27.

В центре вкладыша размещен валик 11 привода мешалки, имеющий две степени свободы: вращения и осевого перемещения. Уплотнение валика во вкладыше осуществляется сальником 26, состоящим из чередующихся фторопластовых и чугунных колец. В верхней части вкладыша расположен штуцер 25 для выпуска воздуха из автоклава.

На верхней части автоклава тремя винтами укреплен цилиндр 22, внутри которого перемещается поршень 23, служащий опорой валику привода ме­шалки. Внутри поршня установлен подшипник 17, связанный через паль­чиковую полумуфту 16 валиком привода стакана. Внутри нижней части цилиндра 22 имеется подшипник 24, несущий шестерню 15, через которую передается вращение от редуктора, смонтированного на рычаге гидравли­ческого подъемника.

К верхней части поршня 23 прикреплен шток 18 для слежения за положением мешалки с диском 20 на верхнем конце штока. О крайних положениях мешалки сигнализируют лампы на лицевой панели установки, управляемые концевыми выключателями 19. Стойка с выключателями защищена металлическим кожухом 21.

Если консистенция, сроки схватывания и водоотдача тампонажных материалов — широко известные и првсеместно используемые параметры, то объемные изменения тампонажных материалов — параметр, лишь в последнее время завоевавший большое внимание. Его влияние на качест­во разобщения пластов следует рассмотреть подробнее.

Надежность изоляции вскрытых пластов в большой мере зависит от напряженности контактов тампонажного камня с обсадными трубами и со стенками скважины, покрытыми глинистой коркой.

Для предотвращения межпластовых перетоков, обусловленных наруше­нием целостности и однородности тампонажного камня, необходимо обес­печить надежный контакт цементного камня с ограничивающими поверх­ностями. С целью надежной герметизации затрубного пространства сква­жины целесообразно применение расширяющихся тампонажных материа­лов, способных уплотнять контакт тампонажный камень — глинистая корка — порода за счет собственного расширения.

Уплотнение контакта зависит от деформации глинистой корки, рас­ширения тампонажного материала и возникающего при расширении дав­ления. Все перечисленные параметры, в свою очередь, зависят от гидро­статического давления и температуры в зоне цементирования.

При подборе рецептуры расширяющегося тампонажного материала для конкретной скважины необходимо в первую очередь знать, какие вели­чины расширения и развиваемого при этом давления потребуются для достаточного уплотнения глинистой корки.

Проведенный анализ условий получения надежного контакта тампо­нажного камня со стенками скважины, покрытыми глинистой коркой, и обсадной колонной позволяет сформулировать требования к тампонажному материалу, выполнение которых обеспечит герметизацию затрубного про­странства в зоне цементирования:

тампонажный материал должен обеспечить расширение, достаточное для сжатия глинистой корки на 24% ее толщины при действии притиво — давления корки до 0,6 МПа;

необходимо обеспечить достижение указанных параметров в период от 11 до 17 ч после затворения раствора в условиях, соответствующих условиям зоны цементирования по давлению и температуре.

Тампонажный материал для цементирования конкретной скважины следует подбирать, исходя из диаметра скважины, размеров обсадной колонны и толщины глинистой корки на стенках скважины в зоне цементи­рования.

Установка ОЦК-1 предназначена для подбора рецептур расширяю­щихся тампонажных материалов в условиях, соответствующих по темпе — 140

ратуре, давлению и противодействующей расширению нагрузке условиям конкретной скважины, а также для разработки новых тампонажных ма­териалов и может быть использована в лабораториях тампонажных и буровых предприятий, а также научно-исследовательских организаций, занимающихся исследованием и разработкой тампонажных материалов для крепления глубоких и сверхглубоких нефтяных и газовых скважин.

Технические данные ОЦК-1

Диапазон измерения изменения высоты образцов, пропорцио­нального объемным изменениям, мм (—0,3)—2,7

TOC o "1-5" h z Суммарная погрешность измерения изменения высоты образ­цов, % … ………………. ±4

Максимальное рабочее давление в автоклавах, МПа…. 100

Максимальная рабочая температура в автоклавах, °С. . . . 250

Диапазон изменения противодействующей расширению удельной

нагрузки, Н/м2……………………………………………………………………….. 0—1

Погрешность создания противодействующей нагрузки, % . . ±4

Размер образцов тампонажного материала (диаметр X дли­на), мм………………. 30X15

Максимальная продолжительность непрерывной работы уста­новки, ч……………………. 168

Рабочая жидкость гидросистем:

высокого и низкого давлений……………………………………………….. Вода

термостата……………………………………………………………………………………… Масло индуст­

риальное И-50А

Питание:

ток………………………………………………………………………………………. Переменный, одно­

фазный

напряжение, В. …………………………………………………………………………….. . 220111

частота, Гц………………………………………………………………………………. 50 ± 1

Потребляемая мощность, кВ-А………………………………………………… ^3

Габаритные размеры, мм:

в рабочем положении…………………………………………….. •…………………………. 1060X750X1345

в транспортном положении……………………………………………………………….. 1060X690X1345

Масса, кг………………………………………………………………………………….. ^ 350 ‘

Установка ОЦК-1 (рис. 3.9) состоит из напольного стенда /, в котором размещены термостат 8 с тремя автоклавами 3, насос 2, пресс 11, бачок 9 для рабочей жидкости, расширительный бачок 14 термостата, предохра­нительный клапан 12, соединительная и запорная арматуры 10, само­пишущий потенциометр 5 и самопишущий вольтметр 6, электронный блок 13, манометр 4 и автотрансформатор 7.

Принцип действия установки основан на. измерении перемещения поршней, соприкасающихся с поверхностью трех образцов, размещенных в жестких стаканах трех автоклавов. Объемные изменения измеряют в условиях противодействующей расширению нагрузки, имитирующей сопро­тивление глинистой корки.

Твердение образцов и измерения проводят в среде, соответствующей условиям твердения цементного раствора в скважине.

Противодействующая расширению образцов нагрузка поддерживается автоматически и не зависит от изменения размеров образцов во время

твердения. Установка обеспечивает дискретные измерения объемных изме­нений всех образцов в течение всего периода испытаний. Противодейст­вующая расширению нагрузка может быть постоянной в течение всего опыта или изменяется оператором по заданному условиями опыта закону. Объемные изменения образцов записывает оператор в любое время или автоматически через 30 мин.

Для создания условий формирования тампонажного камня, близких по давлению, температуре и противодействующей нагрузке к условиям кон­кретной скважины, служат три автоклава, один из которых приведен на рис. 3.10. Он состоит из корпуса 4, вставки 3 с уплотнительным кольцом 5 и гайкой 6. На вставке 3 закреплены втулка 2 и стакан / для размещения пробы раствора, редуктор 7 привода нажимной гайки 8 и датчик 13 изме­рения объемных изменений. Внутри вставки 3 размещены направляющая 142

Рис. 3.10. Автоклав установки ОЦК-1

18 поршня 21 со стопором 20, узел пру­жины 17 создания противодействующей нагрузки и пустотелый шток 15, упираю­щийся своим буртом через подшипник 14 в нажимную гайку 8. На штоке 15 уста­новлены датчик 12 привода следящей системы и вентиль 10 выпуска воздуха.

Внутри штока 15 размещен шток 16 с плунжерами 9 и грузом 11. Корпус 4 снабжен штуцером 19 для подачи дав­ления.

Установка ОЗЦ-1 предназна­чена для определения прочности на сжа­тие образцов цементного раствора в на­чальный период твердения. Формирова­ние, твердение и испытание образцов проводят в условиях, приближенных к скважинным. Установка может быть ис­пользована в лабораториях тампонажных и буровых предприятий, а также научно­исследовательских организаций, зани­мающихся исследованием и разработкой тампонажных материалов для крепления глубоких и сверхглубоких нефтяных и га­зовых скважин.

Установка ОЗЦ-1 (рис. 3.11) состоит из напольного стенда 3, в котором раз­мещены автоклав 9 со встроенным измерителем разрушения образ­цов 7, подъемник 10, насос 1, пресс 13, бачок И, предохранительный клапан 8, соединительная и запорная арматура 12, самопишущий потен­циометр 4, самопишущий прибор 5 с дифференциально-трансформаторной измерительной схемой, манометр 2 и автотрансформатор 6.

Принцип действия установки основан на поочередном измерении проч­ности на сжатие четырех образцов, размещенных в кассете, помещенной в автоклав с возможностью вертикального перемещения относительно измерителя разрушения образцов. Установка позволяет измерять проч­ность на сжатие цементного камня до 5 МПа, т. е. определять время достижения твердеющим раствором начальной прочности, достаточной для начала работ в скважине.

Основной узел установки — автоклав, состоящий из корпуса 17, закры­того с торцов вставкой 14 и днищем 5 (рис. 3.12).

Вставка 14 с уплотнением 9 и втулкой 10 зафиксирована быстро­съемным замком-вилкой 16. На вставке 14 размещены направляющая 8

Рис. 3.11. Установка для определения времени ожидания твердения тампо­нажных материалов ОЗЦ-1

Технические данные ОЗЦ-1

Диапазон измерения усилия разрушения образцов, Н………………….. 200—2000

TOC o "1-5" h z Допускаемая приведенная погрешность измерения усилия раз­рушения образцов, % ±4

Номинальные размеры форм для образцов, мм…………………………. 20X20X20

Максимальное рабочее давление в автоклаве, МПа…. 100

Максимальная рабочая температура в автоклаве, °С…. 250

Рабочая жидкость……………………………………………………………………………….. Масло индуст­

риальное И-50А

Число одновременно формируемых образцов……………………………………….. 4

Максимальная продолжительность непрерывной работы, ч. . 72

Питание:

ток………………………………………………………………………………………….. Переменный, одно­

фазный

напряжение, В……………………………………………………………………………………… 220±зз

частота, Гц………………………………………………………………………….. 50±1

Установленная мощность, кВ-А……………………………………………………………………….. ^3 Габариты, мм: в рабочем положении…………………………………………………………………. 1060X850X1460 в транспортном положении…………………………………………………………… 1060 X 600X1312 Масса, кг…………………………………………………………… ;…………………………………… ^350

с кассетой 20 для образцов, подъемник 13 кассеты £ указателем 12, а также вентиль 11 выпуска воздуха и шайба 15 для закрепления вставки на подъемнике. В боковой стенке корпуса 17 установлены термопара 7 и силовой цилиндр 19. В днище 5, закрепленном с помощью натяжного устройства 1 и загерметизированном уплотнением 4, установлен нагрева­тель 21. Для охлаждения автоклава служит его наружная поверхность с винтовой нарезкой, закрытой рубашкой 6. Для подачи воды служит шту­цер 18, для слива — штуцер 2. Потери тепла при нагреве уменьшены благодаря наличию теплоизоляционного кожуха 3.

Установка ПЦК-1 предназначена для измерения в нормальных условиях прочности тампонажного камня при изгибе и сжатии образцов, сформированных при температуре до плюс 2^0° С и давлении до 100 МПа и может быть использована в лабораториях тампонажных и буровых предприятий, а также научно-исследовательских организаций, занимаю­щихся исследованием и разработкой тампонажных материалов для креп­ления глубоких и сверхглубоких скважин.

Рис. 3.13. Блок формиро­вания образцов установки для определения прочно­сти тампонажного камня ПЦК-1

Технические данные ПЦК-1

Диапазоны измерения усилий разрушения образцов при испытаниях, Н:

40—400; 300—3000 500—5000; 4000—40 000 1104=0,5 20 ±0,1 20 ±0,1 80 ±0,2 5 5 2

на изгиб………………………………………………………………………..

на сжатие……………………………………………………………………….

Допускаемая приведенная погрешность измерения усилий

разрушения образцов, %……………………………………………..

Размеры форм для образцов, мм:

длина…………………………………………………………………………..

ширина. . . -…………………………………………………………………..

высота. ………………………………………………………………………..

Расстояние между опорами при испытании образцов на

изгиб, мм…………………………………………………………………………..

Площадь опорных пластин при испытании на сжатие, см2. .

Число образцов, формируемых в одном автоклаве……………………….

Число автоклавов……………………………………………………………….

Максимальная температура нагрева пробы цементного ра­створа, °С.

Максимальное рабочее давление, МПа Рабочая жидкость

100 Масло индуст­риальное И-50А 168

Максимальная продолжительность непрерывной работы, ч Питание:

Переменный, одно­фазный 220±зз

Габаритные. размеры блока, мм: формирования образцов. . измерения прочности. . .

Потребляемая мощность, кВ-А

напряжение, В частота, Гц. .

ток

Масса блока, кг: формирования образцов измерения прочности

50 ± 1 <7 1290X632X1324 550X340X340 <450 <40

Установка ПЦК-1 позволяет формировать образцы тампонажного кам­ня в условиях, приближенных к скважинным, и испытывать их на прочность при изгибе и сжатии в нормальных условиях.

Для формирования образцов-балочек при повышенных температуре и давлении служит блок формирования образцов. Испытания на прочность образцов проводят на блоке измерения прочности. При испытании образ­цов на изгиб в диапазоне усилий разрушения от 0,04 до 3 кН и на сжатие в диапазоне от 0,5 до 40 кН применяют входящие в блок два приспособления для испытания образцов.

Блок формирования образцов (рис. 3.13) представляет собой стенд 5, в котором размещены два автоклава 4, два подъемника 3, два насоса 2, пресс 10, бачок 1, соединительная и запорная арматуры 9, два предохра­нительных клапана 11, два самопишущих потенциометра 7, два мано­метра 6 и автотрансформатор 8.

Основной узел блоков формирования образцов — автоклав (рис. 3.14). Он состоит из корпуса 9, закрытого с торцов вставкой 7 и дном 15. Корпус имеет наружную винтовую поверхность, закрытую приваренным к корпусу металлическим кожухом 10 и образующую камеру охлаждения. Вставка 7 герметизируется кольцом 6 со втулкой 5 и удерживается быстросъемным замком-вилкой 4, входящим в прямоугольные отверстия корпуса 9. На вставке 7 размещены штуцер 2 выпуска воздуха и фланец 3 для соедине­ния с рычагом подъемника. Нижняя часть корпуса 9 имеет внутренний^ буртик, на который через стальное упорное кольцо 17 и уплотнение 16 опирается дно 15 с размещенными в нем двумя нагревателями 13 и тер­мопарой 14. Для установки и снятия дна 15, а также для предварительного сжатия уплотнения служит натяжное устройство 20: На корпус 9 автокла­ва надет изоляционный кожух 18. Корпуса 12 с формами для приготовле­ния образцов размещены в стакане 11, укрепленном на вставке 7. Рабочая жидкость подается в автоклав через штуцер 19, а вода в камеру охлаж­дения — через штуцер 8 и выпускается в канализацию через штуцер 1.

Для испытания цементных образцов на прочность служит блок измере­ния прочности (рис. 3.15), состоящий из основания 5, на горизонтальной части которого закреплены два приспособления 4 и 8 для испытания образ-

Рис. 3.14. Автоклав установки ПЦК-1

цов при изгибе и сжатии, а на вертикаль­ной — два манометра 6 с пределами изме­рения до 6 и 40 МПа и два манифольда 3. Приспособления, манометры и манифольды соединены друг с другом стальными тру­бопроводами 7. Трубопроводом 2 блок соединяется с внешним источником дав­ления — гидравлическим прессом установ­ки или другим источником давления с верхним пределом не менее 40 МПа. Уп­равление блоком осуществляется че­тырьмя штуцерами /, выведенными на ли­цевую сторону вертикальной части осно­вания.

Комплекс лабораторных установок контроля параметров тампонажных раст­воров снабжен лабораторной мешалкой.

приготовления проб глинис-

Лабораторная мешалка ЛМР-1 предназначена для приготовления проб тампонажного раствора, используемых при определении качественных параметров раствора и образующегося из него камня. Мешалка может быть также использована для того раствора на основе глинопорошка.

Технические данные ЛМР-1

Частота вращения лопастного устройства, об/мин………………………………………. 1000 ±50

Время перемешивания, с……………………………………………………………………… 180+10

Объем перемешиваемого раствора, см3 ……………………………….. ………………….. 500—900

Питание:

ток……………………………………………………………………………………………………… Переменный,

однофазный

напряжение, В………………………………………………………………………………………. 220±зз

TOC o "1-5" h z частота, Гц………………………………………………………………………………………………. 50±1

Потребляемая мощность, кв-А………………………………………………………………. ^0,3

Габаритные размеры, мм… ………………………………………………… 350X210X370

Масса, кг…… .*…… . 25

Лабораторная мешалка ЛМР-1 (рис. 3.16) выполнена в виде единого автономного блока, на Консоли которого крепится съемный стакан 20. В съемной крышке 14 стакана установлен вал 21 с укрепленным на ниж­нем конце лопастным устройством 22. Опорой валу 21 служат два ради­альных подшипника 17. Полость подшипников герметизирована двумя войлочными кольцами 19 и резиновой манжетой 18. На верхнем конце вала запрессован штифт 13, служащий для соединения с ведущим валом 8, име-

б

. ИЗГИБ Ч1даПЯЗПНЫ|’^^((АТИЕ

ффф ф

/ уС——————————————-

Рис. 3.15. Блок измерения прочности ус­тановки ПЦК-1

ющим на нижнем конце два выступа. Соединение крышки 14 со стаканом 20 уплотнено резиновым кольцом 15.

Стакан 20 крепится на корпусе 12 байонетным замком, состоящим из трех штифтов 16, закрепленных на стакане 20, и трех Г-образных пазов на корпусе 12.

Корпус 12 тремя винтами закреплен на консоли каркаса 24. В нем на двух подшипниках 9 установлен ведущий вал 8 с клиноременным шкивом 7 на верхнем конце. Полость подшипникоэ герметизирована двумя вой­лочными кольцами 11.

Электродвигатель 5 типа АОЛ Б-12-2 закреплен четырьмя амортизато­рами 1 на плите 2, имеющей возможность горизонтального перемещения относительно вертикальной стенки каркаса 24. На валу электродвигателя закреплен шкив 4, соединенный клиновым резиновым ремнем 3 со шкивом 7 ведущего вала 8.

В нижней части каркаса под двигателем размещены реле времени 23 и блок реле 25. Пусковая кнопка 10 закреплена на передней стенке кон­соли каркаса 24. Каркас закрыт коробчатым кожухом 6.

Принцип действия лабораторной мешалки основан на перемешивании предварительно смешанного с водой цементного, порошка с помощью ло­пастного устройства, вращающегося с постоянной скоростью в течение заданного интервала времени (соответственно, 1000 об/мин и 3 мин). Для предотвращения образования воронки (под действием центробежной силы) в стакане установлен успокоитель в виде вертикальных перегородок или поплавка. Кроме описанного комплекса установок, разработаны отдельные установки для измерения свойств тампонажных материалов.

Ввиду того, что консистометр КЦ-3 представляет собой достаточно сложную и трудоемкую в изготовлении и эксплуатации установку, разра­ботан консистометр КЦ-5, предназначенный для определения во

Рис. 3.16. Лабораторная мешалка ЛМР-1

времени степени загустевания (консистенции) цементных растворов, при­меняемых при цементировании нефтяных и газовых скважин с температу­рой на забое до плюс 90° С (рис. 3.17).

Он используется при промысловых испытаниях тампонажных смесей, а также в лабораториях тампонажных контор и научно-исследовательских институтов. Принцип действия основан на измерении крутящего момента, возникающего на валу лопастного устройства при загустевании тампонаж­ного раствора во вращающемся с постоянной скоростью стакане.

В результате эксплуатации комплекса лабораторных приборов и уста­новок контроля параметров тампонажных материалов при высоких темпе­ратуре и давлении выявлены некоторые недостатки, снижающие его эксплуа­тационные характеристики. Опрос предприятий позволил определить техни-

Вид А (кожух снят) Рис. 3.17. Консистометр КЦ-5: 1 — стакан для размещения пробы раствора; 2— термостат; 3 — лопастное устройство; 4 — термометр; 5 — шкала; 6 — измерительная пру­жина; 7 — редуктор; 8 — выключатель сети; 9 — лампа контроля работы нагревателя; 10 — автотрансформатор; 11 — звонок; 12 электро­двигатель; 13 — предохранители; 14 — конден­саторы цепи питания двигателя; 15 — сетевая вилка; 16,- разъем подачи питания к нагрева­телю; 17 — микровыключатель максимального положения

ческие требования к модернизации комплекса. Проведенная модернизация позволила значительно снизить материалоемкость, повысить эксплуатацион­ные характеристики и унифицировать узлы и детали. Весь комплекс вы­полнен в едином художественно-конструкторском стиле, отвечающем совре­менным требованиям технической эстетики.

Технические данные КЦ-5

TOC o "1-5" h z Диапазон определения чонсистенц-ии, уел. ед…………………………………. 5—100

Приведенная погрешность измерения консистенции, %……………………………………………… ±5

Максимальная температура пробы раствора, °С……………………………………………………… 90

Давление в стакане с пробой раствора……………………………………………………………. Атмосферное

Частота вращения стакана с пробой раствора, об/мин………………………………. 60±2

Питание:

ток. ……………………………………………………………………………………………….. Переменный,

однофазный

напряжение, В………………………………………………………………………………………… 220Ёзз

TOC o "1-5" h z частота, Гц…………………………………………………………………………………………….. 50. ±1

Потребляемая мощность, кВ-А………………………………………………………………………….. <11

Габаритные размеры, мм…………………………………………………………………………….. 300X240X600

Масса, кг……………………………………………………………………………………………………… 30

Испытания тампонажных материалов в нормальных и автоклавных условиях с помощью описанных выше приборов не дают однозначной информации о способности материала надежно изолировать пласты.

Изолирующая способность, т. е. способность быть непроницаемым при напорном воздействии флюида пласта,— важнейшее свойство, определяю­щее пригодность тампонажного раствора и камня для качественного разоб­щения пластов.

В результате проведенных исследований предложено оценивать изо­лирующую способность по общепринятому в теории фильтрации показа­телю — наименьшему градиенту давления (начальному градиенту фильт­рации), при котором начинается фильтрация в поровом пространстве тампонажного раствора (камня). Существующие методы определения этого показателя графоаналитическим или опытным путем с помощью установки предусматривают создание градиента давления, значительно превышающего начальный градиент фильтрации, и поэтому непригодны для исследования тампонажных растворов, так как при этом поровая структура раствора будет разрушаться.

В настоящее время предложены способ и устройство, с помощью которых возможна оценка начального градиента фильтрации тампо­нажных растворов в автоклавных условиях. .

Начальный градиент фильтрации отражает свойства порового про­странства исследуемой системы, но при исследовании тампонажных раст­воров необходимо формировать экспериментальную пробу так, чтобы изменения порового пространства в эксперименте были аналогичны его изменениям в натурных условиях.

Установлено, что при формировании экспериментальной пробы там­понажного раствора для оценки его изолирующей способности необхо­димо выполнить следующие требования:

компонентный состав пробы не должен отличаться от компонент­ного состава тампонажного раствора, предназначенного для цементиро­вания в конкретных условиях;

при приготовлении и перемешивании пробы учитывать факторы (тем­пературу, давление, длительность перемешивания, остановку в процессе перемешивания, водоотдачу), действующие в предполагаемых условиях применения;

при использовании цилиндрических сосудов для формирования пробы диаметр сосуда должен быть равен разнице диаметров скважины и ко­лонны;

высота сосуда не должна быть меньше допустимой, при которой стабилизируется седиментационный водоотстой;

угол наклона сосуда должен быть равен углу наклона рассматривае­мого участка затрубного пространства.

Выполнение всех этих требований обеспечит адекватность процессов седиментации в эксперименте и натурных условиях, а следовательно, равную вероятность возникновения фильтрационных потоков свободной жидкости затворения, способствующих формированию флюидопрово­дящих каналов. Для обеспечения равенства вероятности формирования таких каналов при напорном воздействии флюида пласта существует способ, который можно условно назвать способом имитации аномально­сти пластового давления. Он заключается в том, что экспериментальную пробу тампонажного раствора формируют под воздействием перепада давления, направленного снизу вверх, причем отношение этого перепада к гидростатическому давлению столба воды численно равно коэффициен­ту аномальности пластового давления.

Основной недостаток данного способа заключается в том, что не учи­тывается поровое давление тампонажного раствора, которое изменяется с течением времени и по-разному влияет на перепад давления: при фильтрации снизу вверх поровое давление суммируется с перепадом, при фильтрации сверху вниз — вычитается из него.

Если в эксперименте обеспечить равенство порового давления его значению в натурных условиях, т. е. если изменять поровое давление в экспериментальной пробе по закону изменения его в затрубном прост­ранстве, то проба может формироваться в сосуде любого размера, т. е. ослабляются требования к геометрическому моделированию. Тампонаж­ный раствор должен обладать необходимой изолирующей способностью при имеющемся перепаде давления на изолируемых пластах.

Продвижение флюида по затрубному пространству от пласта к пла­сту или к дневной поверхности зависит от количества и размеров кана­лов в цементном растворе, высоты цементного раствора, градиента тем­пературы, гидростатического давления и перепада давления между сообщающимися горизонтами.

Отмечено, что основное направление в предупреждении проявлений заключается в максимально возможном уменьшении водоотдачи тампо­нажных суспензий с целью максимального приближения их по своим свойствам в жидком состоянии к коллоидным (глинистым) растворам и резком снижении начальной проницаемости.

При сплошном заполнении затрубного пространства с полным замеще­нием глинистого раствора цементный переток флюида пласта может про­исходить только через цементный раствор, если проницаемость его вы­сока и перепад давления достаточен. Известно, что в результате действия различных температур и давлений при твердении цементного раствора его проницаемость изменяется. Большое значение при этом имеют водв — цементное отношение, количество и природа наполнителей и время твер­дения. ~

Образование флюидопроводящих каналов в жидком тампонажном растворе, их увеличение с течением времени обусловливает получение проницаемого тампонажного камня и, как следствие этого, возникновение межпластовых перетоков и флюидопроявлений на дневную поверхность.

Основным параметром, характеризующим изолирующую способность тампонажного раствора, является его проницаемость. Образование и раз­витие коагуляционной структуры тампонажного раствора в условиях скважины под действием седиментационных процессов и перепада дав­ления между пластами или между пластами и дневной поверхностью сопровождаются фильтрацией жидкой фазы сквозь поровое пространство структурированной твердой составляющей. При этом характеристики порового пространства изменяются с течением времени. Структурооб — разование и твердение уменьшают проницаемость тампонажных раство­ров, а фильтрационные разрушения способствуют ее увеличению.

Изменение изолирующих свойств тампонажного раствора в период ОЗЦ не оценивается существующими методами испытаний.

В настоящее время в стране и за рубежом не существует технических средств для оценки изолирующей способности тампонажного раствора при высоких температурах и давлениях. Анализ литературы позволил выявить предлагаемые различные способы и средства для оценки прони­цаемости цементных растворов в процессе твердения.

Существует ряд установок для оценки проницаемости пористых мате­риалов, в том числе и тампонажного камня, в нормальных условиях. Методика испытаний на этих установках и их конструктивные особенно­сти не позволяют применить их для испытания тампонажных растворов и, тем более, в условиях высоких температур и давлений.

С учетом преимуществ и недостатков существующих единичных уст­ройств предложен способ определения инвариантной динамической ха­рактеристики изолирующей способности связнодисперсных суспензий во времени. Это достигается созданием многократной фильтрации в сус­пензии с одновременным измерением давления, исходя из чего началь­ный градиент фильтрации в суспензии определяют по отношению полу — разности давлений прямой и обратной фильтраций к расстоянию между верхним и нижним сечениями пробы суспензии. Затем, сравнивая началь­ный градиент фильтрации с градиентом давления в пробе, судят об изо­лирующей способности суспензии (способ ВНИИКРнефти).

Способ определения изолирующей способности заключается в сле­дующем. В пробе испытуемого тампонажного раствора многократно создают прямую и обратную фильтрации. При этом давление начала прямой’фильтрации

РФ = рп -МоЛ, (3.1)

где р„ — поровое давление, Па; /о — начальный градиент фильтрации, Па/см; h — расстояние между нижним и верхним сечениями столба суспен­зии, подвергаемой действию давления, т. е. расстояние от фильтра до верхнего уровня суспензии в стакане, см.

Давление начала обратной фильтрации (инфильтрации)

Рин = Рп /„Л. (3-2)

По формуле

I РФ Рин

полученной из (3.1) и (3.2), определяют начальный градиент фильтрации для любого момента заданного промежутка времени.

Исследуемая суспензия будет непроницаема для флюида, если дейст­вующий в условиях применения градиент давления оказывается в лю­бой момент рассматриваемого периода времени меньше начального гра­диента фильтрации, т. е. должно выполняться условие /д</о, где /д — действующий градиент давления, Па.

Устройство для осуществления этого способа состоит: из автоклава для размещения исследуемой суспензии, оснащенного фильтром, расположен­ным на некотором расстоянии от дна стакана; источника перепада дав — 154 ления, соединенного с реверсивным электроприводом; дифманометра, подключенного к надпоршневому и подпоршневому пространствам; источ­ника перепада давления; самописца; сигнализатора начала перетока, расположенного в линии соединительного трубопровода, выходящего из надпоршневого пространства источника перепада давления; разделитель­ных емкостей с уровнемерами, расположенных на соединительных трубо­проводах у фильтра и верхнего ввода в автоклав; пресса; емкости для рабочей жидкости и вентилей.

Работа устройства осуществляется следующим образом. С помощью источника перепада давления с электроприводом создают возрастающий перепад давления между нижним и верхним сечениями пробы исследуе­мой суспензии. Когда в результате действия перепада давления в поровом пространстве исследуемой суспензии начнется фильтрация, сигнализатор начала перетока с помощью электр. осхемы переключит вращение электро­привода источника перепада давления на обратное. Имеющийся перепад давления при этом снизится, прямая фильтрация прекратится. Продолжаю­щаяся работа привода источника перепада давления приводит к созда­нию увеличивающегося перепада давления между верхним и нижним се­чениями пробы исследуемой суспензии. Начавшаяся обратная (от верхнего сечения пробы к нижнему) фильтрация в поровом пространстве иссле­дуемой суспензии, воздействуя на сигнализатор начала перетока, изме­нит направление вращения электродвигателя привода источника перепада давления, начнется новый цикл создания прямого перепада давления.

Изменения перепадов давления воспринимает дифманометр, связан­ный с самописцем. Самописец вычерчивает кривую, максимумы которой соответствуют давлениям начала прямой фильтрации, а минимумы — давлениям обратной фильтрации (инфильтрации).

Данный способ определения изолирующей способности связнодис­персных суспензий и устройство для его осуществления по сравнению с описанными ранее имеют следующие преимущества: позволяют инва­риантно характеризовать изолирующую способность тампонажного раст­вора (вне зависимости от показателей вмещающего сосуда) во времени; для определения изолирующей способности связнодисперсных суспензий достаточно проведения одного эксперимента; в результате совершенство­вания методики проведения исследований и конструкции устройства по­вышена точность получаемых результатов.

Оценка устойчивости аэрированного тампонажного раствора

Во ВНИИКРнефти с целью выбора ПАВ при получении устойчивых аэрированных тампонажных растворов применяют прибор, состоящий из стеклянной трубки с мерительной шкалой и штатива.

Приготовленный аэрированный раствор заливают в трубку на высоту h — м. Через 3—4 ч, до момента схватывания, по шкале определяют падение уровня цементного раствора Лг, затем по, формуле <p = (/i2/fti)X X 100% определяют устойчивость аэрированного раствора. Критерий устой­чивости принят ф==90%.

Методика выбора ПАВ с применением прибора для определения устойчивости аэрированной суспензии рекомендована на предприятиях Миннефтепрома СССР (РД 39-2-12-32—84).

Комментарии запрещены.