Технология и материалы цементирования скважин в условиях аномально низких пластовых и аномально высоких давлений (АНПД и АВПД)

1. Технология и материалы цементирования скважин в условиях аномально низких пластовых и аномально высоких давлений (АНПД и АВПД)

Выполнили: Никитина И.
Панова Е.
Кондратюк А.
Уколов И.

2. Крепление скважины

Цели крепления скважин
• Создание долговечного, прочного и герметичного канала для
транспортировки жидкости или газа из пласта на поверхность или
наоборот;
• Герметичное разобщение всех проницаемых пластов друг от друга;
• Укрепление стенок скважины, сложенных недостаточно устойчивыми
породами;
• Защита эксплуатационного канала от коррозии при контакте с
агрессивными средами (пластовыми жидкостями, газами и др.);
• Создание условий для прочного закрепления на устье
противовыбросового и эксплуатационного оборудования.

3. Обсадные колонны

Обсадная колонна - свинченные друг
с другом и опущенные в ствол
обсадные трубы с целью изоляции
слагающих ствол горных пород.

4. Обсадные колонны

• Направление - первая колонна труб или одна труба, предназначенная для
закрепления приустьевой части скважин от размыва буровым раствором и
обрушения, а также для обеспечения циркуляции жидкости.
• Кондуктор - колонна обсадных труб, предназначенных для разобщения
верхнего интервала разреза горных пород, изоляции пресноводных горизонтов
от загрязнения, монтажа противовыбросового оборудования и подвески
последующих обсадных колонн.
• Промежуточная обсадная колонна - служит для разобщения несовместимых
по условиям бурения зон при углублении скважины до намеченных глубин.
•сплошные
•хвостовики
•летучки
• Эксплуатационная колонна - последняя колонна обсадных труб, которой
крепят скважину для разобщения продуктивных горизонтов от остальных пород
и извлечения из скважины нефти или газа или для нагнетания в пласты
жидкости или газа.

5. Обсадные колонны

Технологическая оснастка обсадной колонны состоит из следующих
элементов:
• Башмак
• Обратный клапан
• Упорное кольцо
• Оборудование на наружной поверхности
• Скребки
• Турбулизаторы
• Центраторы

6.

Башмак
Центратор
Обратный клапан
Турбулизатор
Скребки

7. Цементирование скважины

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

8. Цементирование скважины

Требования к технологии цементирования:
• цементирование предусмотренного интервала по всей его
протяженности;
• полное замещение промывочной жидкости тампонажным раствором
в пределах цементируемого интервала;
• предохранение тампонажного раствора от попадания в него
промывочной жидкости;
• получение цементного камня с необходимыми механическими
свойствами, с высокой стойкостью и низкой проницаемостью;
обеспечение хорошего сцепления цементного камня с обсадной
колонной и стенками скважины

9. Способы цементирования

• сплошное или одноступенчатое
• двухступенчатое
• манжетное
• обратное

10. Одноцикловое (одноступенчатое) цементирование с двумя пробками

Схема этапов выполнения:
I – начало подачи цементного раствора в
скважину
II – подача закачанной порции цементного
раствора по обсадной колонне
III – начало продавки в затрубное пространство
IV – окончание продавки
1 – манометр
2 – цементировочная головка
3 – верхняя пробка
4 – нижняя пробка
5 – цементируемая обсадная колонна
6 – стенки скважины
7 – стоп-кольцо
8 – продавочная жидкость
9 – буровой раствор
10 – цементный раствор

11. Двухцикловое (двухступенчатое) цементирование

Раздельное последовательное цементирование двух
интервалов в стволе скважины (нижнего и верхнего).
Уменьшение пластовое давление, если уровень
поднятия смеси слишком высок
снижение процента загрязнения смеси, которое может
произойти при соединении с жидкостью для промывки
Отсутствие термического влияния на качество цемента
2 способа - непрерывного цементирования и
цементирование с разрывом

12. Манжетное цементирование

• Применяется, когда необходимо
предупредить загрязнение цементным
раствором продуктивных горизонтов с
низким пластовым давлением или
избежать попадания цементного
раствора в зону расположения
фильтра.
Манжета для манжетного
цементирования
1 – обсадная труба
2 – заливочные отверстия
3 – манжета
4 – муфта
5 - клапан

13. Обратное цементирование

• Цементный раствор с поверхности закачивают прямо в затрубное
пространство, а находящийся там буровой раствор через башмак
поступает в обсадную колонну и по ней выходит на поверхность.
• широкого промышленного применения пока не получил в силу
ряда технических трудностей (сложности контроля момента
достижения цементным раствором низа обсадной колонны и
надежного обеспечения высокого качества цементирования в
этой части)

14. Конструкции призабойных зон пласта

• Выбор конструкции ПЗП зависит от типа коллектора, водоносных
горизонтов, коэффицента проницаемости, типа эксплуатации.
1. ПЗП с открытым
стволом
уменьшенного
диаметра. Бурение
до кровли
продуктивного
пласта, спуск и
цементирование
обсадной колонны.
2. ПЗП с открытым
стволом диаметра
бурения под
эксплуатационну
ю колонну.
Бурение со
вскрытием пласта
с последующим
цементирование
до кровли.

15. Конструкции призабойных зон пласта

3. Перфорационный.
При бурении
вскрывается пласт на
всю толщину с
возможностью
разместить цементный
стакан. Затем
спускается
эксплуатационная
колонна,
цементируется и
вскрывается
перфорацией.
4. Бурение скважины до
кровли, спуск и
цементирование
эксплуатационной
колонны, вскрытие пласта
долотом меньшего
диаметра, спуск и
цементирование в
интервале пласта
хвостовика из обсадных
труб, который
впоследствии
перфорируется.

16. Тампонажные материалы

• Тампонажный материал – материал, состоящий из смеси
вяжущих веществ и минеральных и органических добавок,
дающий при смеси с водой легкоподвижную и не
расслаивающуюся в определенном диапазоне температур
суспензию, которая с течением времени превращается в
камневидное твердое тело.

17. Классификация тампонажных цементов

По вещественному составу цементы подразделяют на следующие типы:
• тампонажный портландцемент бездобавочный (I)
• тампонажный портландцемент бездобавочный с нормированными
требованиями при водоцементном отношении, равном 0,44 (I-G)
• тампонажный портландцемент бездобавочный с нормированными
требованиями при водоцементном отношении, равном 0,38 (I-Н)
• тампонажный портландцемент с минеральными добавками (II)
• тампонажный портландцемент со специальными добавками,
регулирующими плотность цементного теста (III)

18. Классификация тампонажных цементов

По плотности цементного теста цемент типа III подразделяют на:
• облегченный
• утяжелённый
По температуре применения цементы типов I, II и III подразделяют
на цементы, предназначенные для:
• низких и нормальных температур (15-50)°С
• умеренных температур (51-100)°С
• повышенных температур (101-150)°С

19. Классификация тампонажных цементов

• Клинкерные: портландцемент, глиноземистый клинкер
• Бесклинкерные: шлаковые, известково-песчаные
На их основе производятся модифицированные цементы:
облегченные, утяжеленные, термостойкие, коррозионностойкие.
Наиболее часто применяемый цемент – портландцемент
(применяется в 90% скважин, еще в 8% скважин применяются
цементы на его основе).

20. Портландцемент

Массовая доля четырех основных оксидов:
• CaO - 64-68%
• SiO2 - 19-23%
• Al2O3 – 4-8%
• Fe2O3 – 3-6%
Содержание других оксидов в клинкере:
• MgO – 0,1-5,0%
• K2O+Na2O – 0,8-1,4%
• SO3 – 0,3-1,0%
• TiO2 – 0,2-0,5%
• P2O5 – 0,1-0,3%

21. Портландцемент

Минералы, содержащиеся в клинкере:
Минералы-силикаты:
• 3CaO*SiO2
• 2CaO*SiO2
Минералы-плавни:
• 3CaO*Al2O3
• 4CaO*Al2O3*Fe2O3

22. Добавки к портландцементу

• Гипс СaSO4∙2H2O (3-6%)
• Инертные материалы: известняк и кварцевый песок (до 10% по массе)
• Природные
осадочного происхождение (не более 10%)
o Диатомиты, трепелы, опоки, глиежи
вулканического происхождение (не больше 20%)
o Пеплы, туфы, пемзы, трассы
• Искусственные
o Кремнеземистые отходы, обоженные глины, топливные золы и
шлаки, доменные гранулированные и электротермофосфорные
шлаки.

23. Добавки к портландцементу

Органические добавки (поверхностно-активные вещества) :
Гидрофильно-пластифицирующие
Гидрофобно-пластифицирующие
Мылонафт
Асидол
Асидол-мылонафт
ГКЖ-94
При вводе активных добавок увеличивается седиментационная и
коррозионная устойчивость, но ухудшается его подвижность и сохранность.

24. Номенклатура ТЦ: ГОСТ 1591-96

• I – тампонажный цемент бездобавочный I-G, I-H – тампонажный цемент бездобавочный с
нормированными требованиями при водоцементном отношении, равном 0,44 и 0,38;
• II – портландцемент с минеральными добавками,
• III – портландцемент с добавками, регулирующими плотность (подразделяется на облегченный
(Об) и утяжеленный (Ут)). По температуре применения: низкие и нормальные (15-50),
умеренные (51-100) и повышенные (выше 100).
А) типы I, II, III – обычный и сульфатостойкий (СС)
Б) типа I-G и I-H – высокой сульфатостойкости (CC-1) и умеренной сульфатостойкости (СС-2).
• Обозначение гидрофобизации или пластификации цемента – ГФ или ПЛ.
• Обозначение цемента должно состоять из: названия цемента (ПЦТ), обозначения типа (I,II,III),
обозначения сульфатостойкости, обозначения средней плотности для цемента типа III,
обозначения максимальной температуры применения, обозначения гидрофобизации или
пластификации.

25. Показатели качества

Наименование показателя
Значение для цемента при температурах применения
низких и нормальных
умеренных и повышенных
тип I, II
тип III-Об
тип I, II
тип III-Об тип III-Ут
1. Прочность при изгибе, МПа, не менее, в
возрасте:
1 сут.
3,5
2 сут.
2,7
0,7
1,0
2,0
2. Тонкость помола*:
- остаток на сите с сеткой № 008 по ГОСТ
12,0
10,0
15,0
12,0
12,0
6613, %, не более
- удельная поверхность, м2/кг, не менее
270
250
230
3. Водоотделение, мл, не более
8,7
7,5
8,7
7,5
10,0
4. Растекаемость цементного теста, мм, не
менее для цемента:
непластифицированного
200
200
пластифицированного
220
220
5 Время загустевания до консистенции 30 Bс**,
90
мин, не менее
* Допускается определять тонкость помола для цемента типа I только по удельной поверхности, а для
цемента II и III-Ут - только по остатку на сите
** Единицы консистенции Бердена

26. Механизм твердения

Процесс гидролиза и гидратации трёх- и двухкальциевого силиката
При взаимодействии трёхкальциевого алюмината с водой образуется гидроалюминат кальция:
Замедление схватывания осуществляется путём добавки небольшого количества двуводного гипса, в
результате чего образуется труднорастворимый гидросульфоалюминат кальция (эттрингит):
Четырёхкальциевый алюмоферрит при действии воды расщепляется с образованием шестиводного
трёхкальциевого алюмината и гидроферрита кальция:
Однокальциевый гидроферрит, взаимодействуя с гидроксидом кальция, который образовывался при
гидролизе трехкальциевого силиката, переходит в более высокоосновный гидроферрит кальция
, гидроалюминат связывается с добавкой гипса, а гидроферрит выходит в состав
цементного геля.

27. Технологические параметры цемента

• Подвижность раствора
• Сроки схватывания
• Время загустевания
• Плотность
• Определение фильтрации при статических условиях
• Определение прочности цементного камня
• Проницаемость камня.
• Определение водоотделения.

28. Регулирование свойств ТР

• Ускорение/замедление сроков схватывания
• Понижение вязкости тампонажного раствора
• Уменьшение водоотдачи тампонажного раствора
• Регулирование плотности.

29. Ускорители

• Ускоритель – добавка, уменьшающая срок схватывания и
позволяющая достичь большой ранней прочности.
• Вещества, повышающие диэлектрическую проницаемость воды и
ускоряющие процесс гидролиза и полимеризации компонентов
цемента
• Создающие дополнительное количество полимерных гидратов в
растворе и усиливающие гидратную полимеризацию в нём.
• Усиливающие процесс гидратации за счет заполнения
структурных полостей гидратной воды

30. Замедлители

Замедлитель схватывания применяют для того, чтобы схватывание раствора
произошло после того, как тот будет закачан в скважину
Окси-, амино-карбоновые кислоты и их соли (виннокаменная, лимонная)
Сахара – сахарозы, глюкозы
Бораты и фосфаты
Производные лигнина: а)активированные гидролизные лигнины –
нитролигнин, хлорлигнин б)лигносульфонаты
Природные таниновые продукты – синтан-5, экстракт квебрахо
Гуматы – УЩР, ТЩР
Производные сахаров: КМК, КМЦ, этансульфонатцеллюлоза
Продукты на основе винил-акриловых сополимеров

31. Реагенты – ускорители и замедлители сроков схватывания

В качестве ускорителей сроков схватывания применяют:
• Хлорид кальция CaCl2 – 2-3% от массы цемента
• Хлорид Алюминия AlCl3 до 10% от массы
• Хлорид натрия NaCl 2-3%
В качестве замедлителей сроков схватывания применяют:
• Лигносульфонаты Кальция
• Сульфит-спиртовая барда (ССБ)
• Сульфит-дрожжевая бражка (СДБ)
• Карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлоза (КМГЭЦ)
• Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ)
• Виннокаменная кислота
• Карбамид (NH2)2CO
• Нитрилотриметилфосфоновая кислота

32. Регуляторы реологических свойств

• КССБ – конденсированная сульфит-спиртовая барда, понижение
показателя фильтрации в буровых растворах
• ФХЛС – феррохромлигносульфонат, реагент для уменьшения вязкости
и предельного напряжения сдвига
• Мочевина (карбамид), может выступать как реагент повышающий
вязкость или понижающий (в зависимости от температуры)
• Полифенол лесохимический (ПФЛХ), понизитель вязкости и
предельного напряжения сдвига, замедляет схватывание и твердение
• Поливиниловый спирт (ПВС), значительно увеличивает вязкость ТЦ, но
при этом замедляет схватывание
• Сульфированный нитролигнин, , понижает вязкость и пластическое
напряжение сдвига, при этом замедляет схватывание и твердение
раствора

33. Пластификаторы

• Нейтрализованный черный контакт (НЧК), хорошие свойства
пеногасителя, умеренно пластифицирует растворы и замедляет
их схватывание
• Пластификатор адипиновый – пластифицирует цементные
растворы, при этом не оказывая воздействия на гидратацию.
• Пластификатор ВЛХК
• Суперпластификатор С-3, очень сильный пластификатор
• Суперпластификатор 10-03, сильные пластифицирующие свойства

34. Регуляторы водоотдачи

• Понизители водоотдачи - высокомолекулярные анионногенные
полиэлектролиты линейного строения с большой плотностью зарядов.
Они стабилизируют глинистую суспензию, повышают ее агрегативную
устойчивость, поэтому их часто называют реагентамистабилизаторами.
Полимеры:
• Окзил
• ПАА
• КМЦ
• бентонитовая глина

35. Регуляторы плотности

• Утяжеление:
o барит
o диоксид марганца
o Гематит
o феррофосфор
o ферросилиций
• Облегчение:
o насыщение газом (воздухом или азотом)
o легкие наполнители (полиэтиленовая крошка)
Также плотность можно регулировать изменением В/Ц

36. Антивспенивающие

• Соапсток
• Костный жир
• Флотомасло
• Окисленный парафин (ОКП-50)
• ОКСИДАТ вжс
• СКС-30 (РС)
• Паста ВМС

37. Скважины с АНПД

1. Технология на основе микроцемента
• Микроцемент дисперсностью 650 м2/кг при значениях В/Ц=0,6-0,9
• Введение в состав раствора алюмосиликатных микросфер (АСПМ) в количестве до 30%, при
значениях водоцементного отношения (В/Ц) в интервалах 0,6-0,8
• Закачивание методами ступенчатого и обратного цементирования.
• Строго регламентированная последовательность введения компонентов: «цементный
порошок + АСПМ + вода+ стабилизатор».
высокая прочность
пониженная проницаемость
адгезия
короткие сроке схватывания
http://www.dissercat.com/content/obosnovanie-i-razrabotka-tamponazhnykh-sostavovponizhennoi-plotnosti-dlya-tsementirovaniya-#ixzz50t5LRUvw

38. Скважины с АНПД

2. Порошкообразные эрозионные буферные и расширяющиеся тампонажные смеси.
• Основные компоненты - продукт термической и механохимической активации
алюмосиликата (глины) разного химического состава, обладающий структурными
свойствами
• Порошкообразный воздухововлекающий компонент (получение аэрированных эрозионных
буферных и расширяющихся тампонажных растворов)
Упругость
Высокая седиментационная устойчивость
Удерживающая и выносной способностью
Высокий кольматирующий эффект
Совместимость
http://www.dissercat.com/content/razrabotka-poroshkoobraznykh-smesei-i-tekhnologiitsementirovaniya-skvazhin-v-usloviyakh-niz#ixzz50t5lJvrM

39. Скважины с АНПД

3. Патент Волго-Уральского научно-исследовательского и проектного института
по добыче и переработке сероводородсодержащих газов
Состав, мас.%:
• тампонажный цемент 15,8 - 27,5
• хлорид натрия 3,8 - 6,1
• зола - унос с содержанием CaO + MgO от 6,66 до 9,60% 13,2 - 19,3
• цементная пыль с электрофильтров из отходящих газов вращающихся печей
цементных заводов 13,2 - 19,3
• вода – остальное
Заявляемый тампонажный раствор при затвердевании образует цементный
камень повышенной прочности на изгиб, на сжатие, коррозионной стойкости

40. Скважины с АВПД

1. Патент Тюменского индустриального университета
Состав, масс. %:
• портландцемент тампонажный - 53,85-50,0
• утяжеляющая добавка - концентрат галенитовый из свинцовых руд - 23,05-26,92
• замедлитель сроков схватывания - нитрилотриметилфосфоновая кислота - 0,015-0,03
• Стабилизатор Натросол 250 EXR – 0,08-0,11
• вода - остальное.
Обладает достаточным временем застывания
Низкий коэффициент водоотдачи
Предотвращяет газонефтепроявления
Снижает затраты на строительство скважин
Обладает седиментационной устойчивостью

41. Скважины с АВПД

2. Патент ООО «ТюменНИИгипрогаз»
Состав, мас.%:
• портландцемент тампонажный 22,22-37,04
• железорудный концентрат 51,85-37,04
• стабилизатор ацетально-спиртовый 0,74 - 0,15
• вода - остальное.
Повышение плотности
Увеличение растекаемости
Увеличение времени загустевания
Обеспечении сроков схватывания утяжеленного тампонажного раствора и
прочности камня при умеренных и повышенных температурах

42.

Спасибо за внимание