книги из ГПНТБ / Вязельщиков В.М. Барханный песок как промышленное сырье при цементировании скважин

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН

Ствол скважины, пробуренный в горных породах до заданной глубины, которая определяется залеганием объекта эксплуатации, если скважина эксплуатационная, или расположением проектного горизонта, если скважи­ на разведочная, нуждается в создании стабильного и на­ дежного закрепления.

Закрепление ствола скважин, сложенного по разрезу породами различного литологического состава, вызыва­ ется необходимостью:

1)создания канала для передвижения нефти или газа

сзабоя до устья скважины, в котором можно произво­ дить ремонтные работы;

2)предохранения стенок <скважин от обвалов и

осыпей;

3)разобщения (изоляции) нефте-газо-водоносных го­ ризонтов друг от друга;

4)защиты устья от механических повреждений.

В процессе бурения укрепление стенок скважины и изоляция газоносных и водоносных горизонтов осущест­ вляются созданием противодавления на стенки скважи-

3

ны с помощью циркулирующей промывочной жидкости необходимого качества (обычно глинистый раствор или техническая вода). Кроме этого, промывочная жидкость удаляет с забоя разрушенную породу, охлаждает долото и при турбинном способе бурения приводит в действие гидравлический забойный двигатель—турбобур. После окончания бурения скважины и при получении данных о наличии в скважине нефти или газа в промышленных ко­ личествах, приступают к спуску обсадной колонны. Это делается для испытания продуктивности скважины и заканчивания ее в качестве эксплуатационной. Перед спу­ ском обсадную колонну оборудуют направляющим баш­ маком, обратным клапаном, центрирующими фонарями. Эти приспособления к обсадной колонне монтируются на поверхности.

Для создания прочной связи колонны со стенками скважины, изоляции продуктивных горизонтов, защиты обсадной колонны от коррозии пластовыми водами и так далее производится цементирование колонны. Успешное выполнение этой заключительной операции по строитель­ ству скважины в значительной степени определяет ее дальнейшую эксплуатацию.

Основной задачей при цементировании является выте­ снение цементного раствора из обсадной колонны в за ­ данный интервал затрубного пространства скважины, ко­ торый определяется конкретными геолого-техническими условиями.

Применяющийся изоляционный материал—цемент­ ный раствор—представляет водный коллоидный раствор порошка цемента. Он обладает свойством превращения в камнеподобное тело вследствие физико-химических про­ цессов, происходящих при взаимодействии цементных зерен с водой.

4

обсадной колонне применяется верхняя и нижняя раз­ делительные пробки.

Время цементирования, состоящее из времени прове­ дения закачки и продавки цементного раствора (эти опе­ рации проводятся последовательно без перерыва), долж­ но быть предельне малым и укладываться во время до на­ ступления начала коагуляционного структурообразования у цементного раствора. Этот отрезок времени от мо­ мента приготовления раствора до начала коагуляции именуется в лабораторной и промысловой практике как «время начала схватывания».

Перед каждой заливкой производится лабораторный анализ цементного раствора по определению сроков схва­ тывания, удельного веса, механической прочности и растекаемости, которая характеризует способность раствора к перекачиванию насосами. Все эти и некоторые другие параметры тампонажного цемента должныудовлетво­ рять требованиям ГОСТа 1581-42.

После окончания цементирования скважина оставдя-' ется в покое на сутки. Это время необходимо для затвер­ дения цементного раствора, до прочности, допускающей подготовительные операции и освоение скважины.

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ПРОИЗВОДСТВО ТАМПОНАЖНОГО ЦЕМЕНТА

Тампонажный цемент представляет продукт обжига составных частей искусственной смеси (карбонатов, кремнеземисто-глиноземистых материалов и других хи­ мических соединений). Он состоит из нескольких так на,- зываемых клинкерных минералов. В процессе обжига во, вращающейся печи сырьевых материалов (известняка, мергеля, глины и колчеданных огарков), состоящих в ос­ новном из 4-х окислов СаО, БЮг, АЬОз, РегОз, образуют-

6

ся сложные соединения — цементные минералы: силика­ ты, ферриты и в небольшом количестве алюминаты, которые в целом носят название клинкер.

При выходе из печи клинкер отличается большим раз­ нообразием размеров обожженных кусков, поэтому он подвергается размельчению вместе с гипсом, замедляю­ щим процесс схватывания. Продукт помола клинкера с гипсом и есть тампонажный цемент. Тонкость помола це­

Меняя соотношение исходных сырьевых материалов и контролируя минералогический и химический составы це­ ментного клинкера, можно получать цементы с различны­ ми физико-механическими свойствами.

В настоящее время нашей промышленностью выпу­ скается два вида тампонажного цемента: цемент для «горячих» скважин и цемент для «холодных» скважин. Разница между ними определяется различными сроками схватывания и различной механической прочностью, при­ чем температура испытаний цемента для «горячих» сква­ жин составляет 75°С, а цемента для «холодных» сква­ жин — 22°С. Первый вид цемента предназначается для цементирования скважин с забойной температурой до 80—85°С, второй — для скважин с температурой до 50°С.

Необходимость в разнообразии свойств цемента обу­ словливается различными условиями проводки скважин и различными целями использования, как-то: крепление скважин, ремонтные работы в стволе, борьба с поглоще­ ниями и уходом циркуляции и т. д. Поэтому нефтедобы­ вающая промышленность нуждается как в обычных портланд-цементах, так и в специальных видах цементов:

7

утяжеленных, волокнистых, гельцементах, пуццолановых, шлако-портланд-цементах, тампонажно-песчани- стых, облегченных и нефтецементах. Полностью такой широкий ассортимент промышленностью не выпускается. Как правило, большинство цементных заводов произво­ дит обычный тампонажный портланд-цемент для ^горя­ чих» и «холодных» скважин. При необходимости в про­ мысловых условиях на базе этих цементов изготовляют­ ся специальные виды цемента.

ОБЗОР ПО ПРИМЕНЕНИЮ ЦЕМЕНТНО-ПЕСЧАНЫХ РАСТВОРОВ ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН И ИСПОЛЬЗОВАНИЮ БАРХАННОГО ПЕСКА

В СТРОИТЕЛЬНОЙ И ГИДРОТЕХНИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Первые исследовательские работы по применению цементно-песчаных растворов для тампонажа скважин были проведены в ГрозНИИ в 1940— 1943 годах Е. К. Мачинским. Применялся песок из грозненских песчани­ ков. По выводам исследования, цементно-песчаные смеси, при содержании испытуемого песка в количестве 25 процентов, вполне пригодны для цементирования скважин с забойной температурой не менее 40°С.

Последующие работы ГрозНИИ с цементно-песчаны­ ми растворами указывают, что механическую прочность песчанистого цемента, твердеющего при высоких темпера­ турах (до 150°С) и значительных давлениях (до 500 атм) можно стабилизировать и даже поднять добавкой квар­ цевого песка в количестве 50 процентов от веса цемента. Дальнейшие исследования института в этой области под­ твердили, что механические и тампонажные свойства це­ ментов могут быть значительно повышены путем подме­

8

шивания к ним больших количеств кварцевого песка (до соотношения цемента и песка 1:4 и 1:5). В первую оче­ редь это относится к цементно-песчаным смесям, тверде­ ющим в условиях высоких температур (до 300°С) и дав­ лений.

Песок для цементирования скважин используется в Куйбышевской области. По рекомендации института «Гипровостокнефть» опытные партии песчанистого це­ мента для «холодных» скважин изготовлялись на цемент­ ном заводе «Комсомолец» помолом цементного клинкера с песком в количестве 20 — 25 процентов, который пред­ варительно прокаливался в барабане при температуре 600—700°С. Песок использовался речной или карьерный с содержанием глинистых частиц не более 8 процентов. Было установлено, что высокие механические показатели достигаются при тонкости помола цементно-песчаного материала до остатка на сите № 90 (4900 отверстий на

1см2) не более 4 процентов.

Внастоящее время песчанистый цемент находит при­ менение в Башкирии (Ишимбайское месторождение), в Краснодарском крае и в Ставрополье.

Все из известных работ по промышленному использо­ ванию местных песков Туркмении, Узбекистана, К азах­ стана направлены на возможность применения этого ма­ териала гидротехнической и строительной промышлен­ ности. В сборнике «Материалы исследований в помощь проектированию и строительству Каракумского канала» описываются результаты технологических исследований

песка и свойства изделий на его основе: пеносиликата, прессованных материалов, центрифугированных и вибрированных элементов. Излагаются предложения по но­ менклатуре материалов, изделий и деталей на основе каракумских песков.

9