Расчет цемента для установки цементного моста

Методика расчета операций по установке цементных мостов

Высота моста и способ установки должны учитывать условия скважины и обеспечивать создание герметичной перемычки с достаточной несущей способностью, в интервал установки моста должен доставляться исходный тампонажный раствор, а не его смесь с контактирующими жидкостями.

Требуемую минимальную высоту моста следует определять по формуле:

H_min = Δp/grad p, (8.1)

где Δp – максимальный перепад давления, действующий на мост, Па; grad p – допустимый градиент давления (таблица 8.1), Па/м.

Для обеспечения требуемого сопротивления сдвигу моста, не имеющего опоры, должно удовлетворяться условие:

где Q_м – осевая нагрузка на мост массы труб или перепада давления, Н; D_c – диаметр скважины, м; τ – касательные напряжения при сдвиге моста (таблица 8.1), Па.

Расчет операций по установке моста производится в последовательности:

1. Определяется требуемый объём цементного раствора:

2. Вычисляется объём продавочной жидкости:

V_п = СV_Т (1 – С₁ – С₃). (8.4)

3. Подсчитывается объём первой и второй порций буферной жидкости:

В приведенных формулах: Н – проектная высота моста; S_c и S_Т – соответственно площади сечения скважины и труб в интервале установки моста. Значения коэффициентов приведены в таблице 8.2.

Таблица 8.1 – Значения градиентов давления и касательных напряжений при сдвиге моста при различных условиях и способах его установки

Таблица 8.2 – Значения коэффициентов, учитывающих интенсивность смещения жидкостей при установке цементных мостов

Рассчитать цементный мост, перепад давления между пластами (аномальное давление ниже установки моста на 10% выше верхнего пласта), объемы тампонажного раствора и продавочной жидкости, назначить тип и состав цемента. Бурильную колонну для установки моста назначить самостоятельно без расчета. Исходные данные для решения задачи представлены в таблице 8.3.

Таблица 8.3 – Исходные данные для решения задачи

Окончание таблицы 8.3

Дата добавления: 2014-05-28 ; просмотров: 2143 ; Нарушение авторских прав

Вопрос 3. Установка цементных мостов в скважине

Заливка цементного моста в скважине производится закачкой цементного раствора по трубам на место установки. Для проведения заливки составляется расчет. Определяется количество сухого цемента, количество жидкости для затворения раствора. Количество жидкости продавки, давление при закачке. Раствор закачивается в трубы, после закачки продавочной жидкости раствор доходит на место установки моста, после этого закрывается затрубное и часть цементного раствора под давлением продавливается в пласт или нарушение. Пример: Установить цементный мост в эксплуатационной колонне (колонна -5 дюймов) с 1000 до 936 метров. Цементный мост 64 метра В скважину спущены НКТ 2,5 дюйма, объем 1 п.м. 0,003м 3 .. Объем: 1п.м. экс.колонны 0,0125м 3 . Коэффициент запаса цемента 1,25. В/Ц = 0,5. Расчет — Объем скважины, подлежащих заполнению цементного стакана (1000-936)х0,0125=0,8м 3 . Количество сухого цемента 0,8х1,25 = 1,0тн. Количество воды для затворения цемента 1,0х0,5=0,5м 3 . Количество продавочной жидкости 936х0,003=2,8м 3 .

Вопрос 4. Виды контроля за состоянием природной среды.

Производственный контроль на предприятии, Ведомственный, Муниципальный, Республиканский, Федеральный.

Основными задачами производственного экологического контроля на предприятии являются:

♦ проверка соблюдения требований, условий, ограничений, установленных природоохранным законодательством;

♦ контроль за соблюдением нормативов и лимитов воздействия на окружающую природную среду по всем его видам, установленным соответствующими разрешениями;

♦ контроль за выполнением предписаний органов, осуществляющих государственный экологический контроль;

♦ проверка выполнения планов мероприятий по охране и оздоровлению окружающей среды, рациональному использованию и воспроизводству природных ресурсов;

♦ обеспечение эффективной работы систем учёта использования природных ресурсов, природоохранного оборудования;

♦ своевременное представление информации, предусмотренной государственной статистической отчётностью (статистическим наблюдением).

Вопрос 5. Дать определение термина «Авария»

Авария — разрушение сооружений и (или) технических устройств, применяемых на опасном производственном объекте, неконтролируемые взрыв и (или) выброс опасных веществ.

Установка цементных мостов в скважине

При установке цементных мостов в непоглощающих скважинах прежде всего их промывают в течение 1,5 — 2 циклов для выравнивания плотностей промывочной жидкости в НКТ и затрубном пространстве.
Приготовленный расчетный объем цементного раствора (или другого изоляционного реагента) закачивают в НКТ и продавливают промывочным раствором до равновесия столбов жидкости в HКT и затрубном пространстве. Примерный объем продавочной жидкости (без учета объема металла НКТ) определяется следующим образом.
Путем деления объема закачанного в НКТ цементного раствора (в л) на объем 1 м эксплуатационной колонны (в л) определяют высоту столба, которую займет цементный раствор в колонне. Затем эту величину вычитают из общей длины спущенных в скважину НКТ. Полученную величину умножают на объем 1 м НКТ и определяют объем продавочной жидкости. А примерный; объем 1 м эксплуатационной колонны равен половине квадрата наружного диаметра колонны в дюймах.
Башмак НКТ поднимают до верхней границы устанавливаемого моста и излишки цементного раствора вымывают. Затем НКТ поднимают на 20 -30 м, скважину заполняют и ожидают затвердевания цемента (ОЗЦ). По истечении времени ОЗЦ проверяют глубину расположения моста и его прочность посадкой НКТ, а герметичность моста — опрессовкой.
Если высокой точности расположения цементного моста не требуется, то контрольный вымыв цементного раствора можно проводить после поднятия башмака НКТ на 50 — 60 м над расчетным уровнем моста.
При глубине скважины до 1500 м и расчетных объемах цементного раствора не более 0,3 м 3 цементные мосты можно устанавливать и без использования цементировочных агрегатов подачей цементного раствора в НКТ через конусообразную воронку ведрами. Дальнейшие работы аналогичны вышеописанным.

Перед установкой цементных мостов в поглощающих скважинах (приемистость более 7 м 3 /(час . МПа)) должны быть приняты меры по ограничению поглощательной способности пластов. Для этого используют широкий ассортимент измельченных, закупоривающих материалов с размерами частиц 5 — 10 мм (например, древесные опилки, кордное волокно и т. д.). В качестве жидкости-носителя рекомендуются глинистый раствор, водоцементная суспензия плотностью 1100— 1150 кг/м 3 , водоглинистая суспензия плотностью 1100—1300 кг/м 3 .
Если общая приемистость поглощающих пластов более 30 м 3 /(час . МПа), то рекомендуется вначале закачивание 5 — 10 м 3 высоковязкой жидкости с добавлением закупоривающего материала. Этот материал вводится в жидкость-носитель непосредственно перед закачиванием в количестве 50 — 100 кг/м 3 .

Закачивание закупоривающего материала надо продолжать до восстановления полной циркуляции. Ниже приводится объем расходуемой жидкости с закупоривающим материалом в зависимости от приемистости поглощающих пластов:

— приемистость поглощающих пластов, м 3 /(час . МПа) 40
— объем расходуемой жидкости с закупоривающим

материалом, м 3 15—20 25 40—45
Устанавливать цементный мост надо сразу после закачивания закупоривающего материала. Для установки мостов в поглощающих скважинах (особенно в скважинах с открытым забоем) можно применять те же материалы, которые используют при устранении нарушений обсадных колонн и отключении пластов с поглощением промывочной жидкости: гипсосоляроцементную смесь, цементную тампонирующую пасту (ПТЦ), двухфазные глинистые растворы, глинисто-смоляной вяжущий материал, синтетические смолы с небольшим временем отверждения и т. д.

Сущность применения гипсосоляроцементных смесей заключается в замещении углеводородной основы водой при попадании смеси в водную среду и быстром схватывании смеси в интервале поглощения хватывания смеси составляет 10 — 14 мин, гипсосоляроцементный фактор равен 0,7 — 0,8.

Для предотвращения оседания цемента и гипса в смесь необходимо добавлять дисолван в количестве 15—16 кг/м 3 . Технология применения указанной смеси заключается в следующем.

В одну цементосмесительную машину загружают цемент, в другую — гипс. Обе машины через тройник соединяются с устьем скважины. Для создания нижней разделительной пробки закачивают дизельное топливо в объеме 2,5 м 3 . Водяными насосами цементировочных агрегатов его подают, предварительно обработав дисолваном, в смесительные машины. Приготовленные соляроцементная и солярогипсовая смеси через тройник закачивают в скважину. Затем создают верхнюю разделительную пробку из дизельного топлива объемом 0,5 м 3 . Смесь продавливают до интервала установки моста. Объемное соотношение смесей 1:1.
Цементную тампонирующую пасту (ПТЦ) получают перемешиванием в тройнике-смесителе цементных растворов на водной и углеводородной основах.
Время отверждения ПТЦ регулируется добавлением в воду затворения цемента ускорителей схватывания (например, добавление СаСl₂ в количестве 10 % сокращает начало схватывания с 4 ч 15 мин до 16 мин, а конец схватывания — с 6 ч 40 мин до 1 ч 15 мин).
В табл. 137 приводится потребное количество материалов для приготовления определенного объема ПТЦ. Сущность применения двухфазных глинистых растворов заключается в смешении соляробентонитовой смеси (СБС) с глинистым раствором, в результате чего происходят выделение углеводородной основы и соединение выпавшей глины с водой. Подбором количества СБС в глинистом растворе можно регулировать вязкость — плотность глинистой массы. Для скважин с интенсивностью поглощения до 50 м 3 /ч рекомендуемое количество глинопорошка в СБС равно 700—800 кг/м 3 , а при более 50 м 3 /ч : 1200 — 1500 кг/м 3 .

Практика показывает, что при интенсивности поглощения до 50 м 3 /ч необходимо 10 — 16 т глинопорошка, более 50 м 3 /ч: 20 — 30 т.
Двухфазные глинистые растворы в скважину закачивают по двум каналам: по НКТ и затрубному пространству. Приготовление растворов аналогично приготовлению гипсосоляроцементной смеси.

ОСОБЕННОСТИ ВЫБОРА РЕЦЕПТУРЫ

И ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЦЕМЕНТНОГО РАСТВОРА

ДЛЯ УСТАНОВКИ МОСТОВ

Тампонажные материалы для установки мостов следует выбирать, исходя из требований, предъявляемых к данному мосту, а также специфических особенностей работ по его установке.

При выборе рецептуры цементного раствора для установки моста в глубоких скважинах необходимо проводить исследования на консистометре (КЦ) по программе, имитирующей процесс установки моста не только по времени, давлению и температуре, но и по характеру проводимых работ.

Данные о программе исследования представлены в табл. 4.3.

Программа исследования тампонажного раствора

где Т₁, Т₂, Т₃ – затраты времени соответственно на приготовление, закачивание и продавливание цементного раствора в скважину;

Т₄, Т₅, Т₆ – затраты времени на подъем колонны труб до глубины срезки моста, герметизацию устья и подготовку к срезке моста;

Т₇ – затраты времени на срезку моста.

При установке мостов в глубоких скважинах по указанной программе также необходимо исследовать смеси цементного раствора с находящимися с ним в контакте жидкостями, взятыми в соотношениях 3:1, 1:1 и 1:3. В некоторых случаях необходимо применение буферных жидкостей.

Другим не менее важным фактором является реализация выбранной рецептуры при приготовлении цементного раствора. Главными условиями при этом являются поддержание необходимых концентраций химреагентов в жидкости затворения и водоцементного отношения. Для этого количество используемых материалов нужно определять соответствующими способами: жидкие — по объему, сухие — по массе с необходимой точностью. Поскольку в процессе приготовления возможно насыщение раствора воздухом, контроль только по плотности не может быть достаточным, поэтому весь объем раствора следует готовить в осреднительной емкости, контролируя его качество по общему расходу жидкости затворения и цемента. При этом схема приготовления должна предусматривать возможность дополнительного ввода в раствор какого-либо из его компонентов.

Перед установкой цементного моста подбирают тампонажный материал и рецептуру его приготовления. Состав тампонажного раствора определяется геолого-техническими условиями скважины (пластовое давление, температура, давление гидроразрыва пласта, высота столба моста). Поэтому рекомендуют следующий выбор тампонажных материалов.

1. Облегченные цементы для получения растворов плотностью 1400 ¸ 1600 кг/м 3 , на базе тампонажного цемента для «холодных» и «горячих» скважин, а также на основе шлакопесчаной смеси для температур 90 ¸ 140°С — ШПЦС-120 и для температур 160 ¸ 250°С — ШПЦС-200.

2. Утяжеленные цементы для получения растворов плотностью не менее 2150 кг/м 3 на базе тампонажного цемента для «холодных» и «горячих» скважин, а также на основе шлакопесчаной смеси для температур 90 ¸ 140°С — УШЦ-120; для температур 160 ¸ 250°С — УШЦ-200.

Из тампонажного портландцемента получают цементный раствор плотностью 1820 — 1850 кг/м 3 с водоцементным отношением 0,5. Причем, начало схватывания при температуре 20 ¸ 30°С длится до 10 часов. При более высоких температурах время схватывания меньше, и при температуре 75°С схватывание цемента длится уже 1,5 ¸ 2 часа, что порой недостаточно при производстве тампонажных работ. Поэтому в зависимости от температуры применяют добавки реагентов: ССБ в количестве от 0,1 до 0,5 %, хроматы – от 0,1 до 0,5 %, ОКЗИЛ – от 0,1 до 0,5 % от массы цемента.

Для снижения водоотдачи тампонажных растворов в них вводят поливиниловый спирт — до 1% и др. Количество химических реагентов определяют лабораторным путем в зависимости от характера скважины, способа цементирования и сорта тампонажного цемента.

РАЗРУШЕНИЕ ЗАСТОЙНЫХ ЗОН ПОПЕРЕЧНЫМ

РАСХАЖИВАНИЕМ КОЛОННЫ ТРУБ

Застойные зоны тиксотропной жидкости в кольцевом пространстве скважины образуются при недостаточном центрировании колонны труб, при неизменности положения вектора эксцентричности в поперечном сечении скважины. При изменении направления вектора эксцентричности изменяется местоположение застойных зон и потока, вследствие чего поток распространяется на застойные зоны. При этом ликвидация застойных зон достигается без повышения давления.

Анализ показывает, что при эксцентричном положении колонны в скважине циркуляция восстанавливается при значительно меньших давлениях.

Изменение вектора эксцентричности достигается при поперечных перемещениях колонны труб в скважине, что приводит также к более интенсивному разрушению структуры раствора и дальнейшему уменьшению потерь давления в кольцевом пространстве.

Поперечное расхаживание может быть осуществлено путем применения эксцентриков, располагаемых на колонне в интервале установки цементного моста, с одновременным вращением колонны, а также при расхаживании колонны с разгружением на забой.

При вращении колонны с эксцентриками трубы, опираясь на них, перемещаются в поперечном сечении скважины, что обусловливает разрушение застойных зон. При использовании эксцентриков буровой раствор полностью вытесняется из кольцевого пространства скважины значительно большего диаметра, чем при применении центратора, даже при наличии больших каверн. В случае одновременного вращения и расхаживания колонны в осевом направлении загустевшие массы бурового раствора и скопления шлама разрушаются в результате непосредственного воздействия на них самих эксцентриков.

Бурильные эксцентрики (табл. 4.4, рис. 4.1) для скважин диаметром: 214, 243, 269 и 295 мм выполнены в виде ряда радиальных ребер, жестко соединенных с корпусом и образующих в поперечном сечении своими периферийными гранями прерывистую окружность, эксцентричную по отношению к корпусу. Подобрано такое число ребер, чтобы в контакте с породой находилось не менее двух из них, а удельная нагрузка на стенки скважины не превышала 1 МПа даже при угле наклона ствола 30°С. При такой конструкции эксцентрика достигается минимальное перекрытие ствола скважины, обусловливается плавное скольжение этого устройства и предотвращаются провалы колонны в желоб.

Для расхаживания и вращения колонн диаметром 114 — 168 мм применяется цементировочная головка ГЦУ-ЗН-197-300, устанавливаемая между рабочей трубой и вертлюгом. Головка позволяет проводить цементирование с двумя разделительными пробками. В каждой секции головки имеются отвод с краном для подсоединения цементировочных агрегатов и винтовой стопор для фиксации разделительной пробки. В случае цементирования с одной пробкой или вообще без пробки используют одну секцию головки вместе с обратным клапаном, который необходим для предупреждения аварийных ситуаций на скважине в случае разрыва бурового шланга.

Для операций по установке цементных мостов в кавернозной части ствола скважины характерна крайне низкая успешность. В большинстве случаев успех достигается только в результате проведения нескольких операций.

Бурильные эксцентрики

Основной причиной низкой успешности работ по установке цементных мостов в кавернозной части ствола является наличие в ней загустевших масс бурового раствора и шлама, статические напряжения сдвига которых могут быть на три — четыре порядка больше нормальных значений. Естественно, что за счет касательных напряжений на границе потока застойные зоны в кавернах разрушиться не могут. Для этого необходимо радиальное истечение жидкости (рис. 4.2) через боковые отверстия в колонне (гидромониторный эффект) либо механико-гидравлическое воздействие, возникающее при работе эксцентриков.

Практика установки цементных мостов в условиях проявлений и частичных поглощений выдвигает необходимость создания в скважине баритовых пробок в целях перекрытия объекта, возникновения осложнения, сохранения контроля за стволом скважины и установки цементных мостов по всему сечению ствола скважины. На практике известны случаи, когда создание баритовой пробки не уравновешивало гидростатическое давление пластов и не предотвращало развитие проявлений. Однако известны и другие случаи, когда ликвидировать проявление за один раз не удавалось, и баритовую пробку приходилось устанавливать несколько раз, увеличивая ее высоту.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ УСТАНОВКИ

ЦЕМЕНТНЫХ МОСТОВ

Мост в скважинах устанавливают по одной из трех схем: 1) мост из твердеющего состава, не ограниченный ни сверху, ни снизу уплотнениями; 2) мост из твердеющего состава, залитого на предварительно созданное уплотнение; 3) уплотнение без твердеющего состава. Для реализации разработаны цементировочное оборудование и оснастка заливочной колонны. Анализ оборудования, применяемого в настоящее время при установке мостов, показал, что для сложных условий наиболее приемлемыми могут быть только некоторые устройства (табл. 4.5).

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.