Тампонажные материалы и оборудование для цементирования скважин

тампонажные материалы. это такие материалы, которые при затворении водой образуют суспензии, способные затем превратиться в твердый непроницаемый камень.

в зависимости от вида вяжущего материала тампонажные материалы делятся на: 1) тампонажный цемент на основе портландцемента; 2) тампонажный цемент на основе доменных шлаков; 3) тампонажный цемент на основе известково-песчаных смесей; 4) прочие тампонажные цементы (белиловые и др.).

при цементировании скважин применяют только два первых вида - тампонажные цементы на основе портландцемента и доменных шлаков.

к цементным растворам предъявляют следующие основные требования:

¨ подвижность раствора должна быть такой, чтобы его можно было закачивать в скважину насосами, и она должна сохраняться от момента приготовления раствора (затворения) до окончания процесса продавливания;

¨ структурообразование раствора, т. е. загустевание и схватывание после продавливания его за обсадную колонну, должно проходить быстро;

¨ цементный раствор на стадиях загустевания и схватывания и сформировавшийся камень должны быть непроницаемы для воды, нефти и газа;

¨ цементный камень, образующийся из цементного раствора, должен быть коррозионно- и температуроустойчивым, а его контакты с колонной и стенками скважины не должны нарушаться под действием нагрузок и перепадов давления, возникающих в обсадной колонне при различных технологических операциях.

¨ в зависимости от добавок тампонажные цементы и их растворы подразделяют на песчаные, волокнистые, гельцементные, пуццолановые, сульфатостойкие, расширяющиеся, облегченные с низким показателем фильтрации, водоэмульсионные, нефте-цементные и др.

в настоящее время номенклатура тампонажных цементов на основе портландцемента и шлака содержит:

* тампонажные портландцементы для «холодных» и «горячих» скважин («холодный» цемент - для скважин с температурой до 50⁰с, «горячий» - для температур до 100⁰с, плотность раствора 1,88 г/см³);

* облегченные цементы для получения растворов плотностью 1,4 - 1,6 г/см³ на базе тампонажных портландцементов, а также на основе шлакопесчаной смеси (до температур 90 - 140⁰с), в качестве облегчающих добавок используют глино-порошки или молотые пемзу, трепел, опоку и др.;

* утяжеленные цементы для получения растворов плотностью не менее 2,15 г/см³ на базе тампонажных портландцементов для температур, соответствующих «холодным» и «горячим» цементам, а также шлакопесчаной смеси для температур 90 - 140⁰с (в качестве утяжеляющих добавок используют магнетит, барит и др.);

* термостойкие шлакопесчаные цементы для скважин с температурой 90 - 140 и 140 - 180⁰с;

* низкогигроскопические тампонажные цементы, предназначенные для длительного хранения.

регулируют свойства цементных растворов изменением водоцементного отношения (в:ц), а также добавлением различных химических реагентов, ускоряющих или замедляющих сроки схватывания и твердения, снижающих вязкость и показатель фильтрации.

в практике бурения в большинстве случаев применяют цементный раствор с в:ц = 0,4 - 0,5. нижний предел в:ц ограничивается текучестью цементного раствора, верхний предел - снижением прочности цементного камня и удлинением срока схватывания.

к ускорителям относятся хлористые кальций, калий и натрий; жидкое стекло (силикаты натрия и калия); кальцинированная сода; хлористый алюминий. эти реагенты обеспечивают схватывание цементного раствора при отрицательных температурах и ускоряют схватывание при низких температурах (до 40 °с).

замедляют схватывание цементного раствора также химические реагенты, такие как гидролизованный полиакрилонитрил, карбоксиметилцеллюлоза, полиакриламид, сульфит-спиртовая барда, конденсированная сульфит-спиртовая барда, нитролигнин. перечисленные реагенты оказывают комбинированное действие. все они понижают фильтрацию и одновременно могут увеличивать или уменьшать подвижность цементного раствора.

для приготовления цементного раствора химические реагенты растворяют предварительно в жидкости затворения (вода). утяжеляющие, облегчающие и повышающие температуростойкость добавки смешивают с вяжущим веществом в процессе производства (специальные цементы) или перед применением в условиях бурового предприятия (сухие цементные смеси).

К оборудованию, необходимому для цементирования скважин, относятся: цементировочные агрегаты, цементно-смесительные машины, цементировочная головка, заливочные пробки и другое мелкое оборудование (краны высокого давления, устройства для распределения раствора, гибкие металлические шланги и т. п.).

цементировочные агрегаты. при помощи цементировочного агрегата производят затворение цемента (если не используется цементно-смесительная машина), закачивают цементный раствор в скважину, продавливают цементный раствор в затрубное пространство. кроме того, цементировочные агрегаты используются и для других работ (установка цементных мостов, нефтяных ванн, испытание колонн на герметичность и др.).

с учетом характера работ цементировочные агрегаты изготовляют передвижными с монтажом всего необходимого оборудования на грузовой автомашине. на открытой платформе автомашины смонтированы: поршневой насос высокого давления для прокачки цементного раствора; замерные баки, при помощи которых определяют количество жидкости, закачиваемой в колонну для продавки цементного раствора; двигатель для привода насоса.

для цементирования обсадных колонн в основном применяют цементировочные агрегаты следующих типов: ца-320м, зца-.400, зца-400а и др. (ца - цементировочный агрегат, цифры 320 и 400 соответственно 32 и 40 мпа - максимальное давление, развиваемое насосами этих цементировочных агрегатов).

для централизованной обвязки цементировочных агрегатов с устьем скважины применяют блок манифольдов. он состоит из коллектора высокого давления для соединения ца с устьем скважины и коллектора низкого давления для распределения воды и продавочной жидкости, подаваемой к ца. блок манифольдов, как правило, оборудован грузоподъемным устройством.

цементно-смесительные машины. цементирование осуществляется при помощи цементно-смесительных машин. применяются различные типы цементно-смесительных машин: см-10, 2смн-20, спм-20 др. в данном случае цифры 10, 20 и т. п. обозначают количество цемента (в т), которое возможно поместить, в бункер смесительной машины.

цементировочные головки предназначены для промывки скважины и проведения цементирования. спущенная обсадная колонна оборудуется специальной цементировочной головкой, к которой присоединяются нагнетательные трубопроводы (манифольды) от цементировочных агрегатов.

в настоящее время применяются цементировочные головки цгз, гцк, гц5-150, снпу, 2гуц-400 и др. так как в конструктивном отношении все перечисленные головки имеют сходство, то рассмотрим в качестве примера одну из них.

при двухступенчатом цементировании используются специальные цементировочные пробки.