Виды тампонажных растворов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

ГОУ СПО Октябрьский нефтяной колледж

им. С.И. Кувыкина

БУРОВЫЕ И ТАМПОНАЖНЫЕ РАСТВОРЫ

Методические указания и контрольные задания

для студентов-заочников образовательных учреждений

среднего профессионального образования

по специальности 130504 Бурение нефтяных и газовых скважин

Октябрьский 2006

1. ВВЕДЕНИЕ

Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников составлены в соответствии с государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специальности 0907 «Бурение нефтяных и газовых скважин» (регистрационный номер 12-0907-Б), утвержденными 16.05.2002, и с примерной программой дисциплины «Буровые и тампонажные растворы».

Учебная дисциплина «Буровые и тампонажные растворы» является специальной (СД) в структуре профессиональной обязательной программы подготовки техника-буровика и базируется на знаниях, полученных студентами в процессе изучения, как общеобразовательных («Математика», «Физика», «Химия»), так и специальных («Технология бурения нефтяных и газовых скважин», «Общая геология») дисциплин.

Успешному изучению дисциплины способствует также ознакомление с периодическими изданиями нефтяной и газовой промышленности, сборниками трудов ООО «БашНИПИнефть», ООО «ТатНИПИнефть», «ВНИИОЭНГ» и др.

В результате изучения дисциплины студент должен:

знать: влияние физико-химических свойств буровых и тампонажных растворов па эффективность бурения и крепления скважин; материалы для приготовления и регулирования свойств буровых и тампонажных растворов; специальные виды буровых и тампонажных растворов и технологию их приготовления; способы регулирования свойств буровых и тампонажных растворов при бурении и креплении скважин в различных горно-геологических условиях;

уметь: определять показатели свойств буровых растворов и основные свойства тампонажных растворов и камня; выбирать тип раствора и тип цемента; рассчитывать и подбирать рецептуру буровых и тампонажных растворов, регулировать их свойства.

Примерная программа учебной дисциплины рассчитана на 60 учебных часов, в том числе 16 часов лабораторных работ и 4 часа практических занятий.

Изучение предмета основано на требованиях программы, которые изложены перед методическими указаниями для каждой темы. В методических указаниях приведены основные принципиальные сведения по темам и даны рекомендации по их изучению. Ознакомившись с материалами методических укзаний, студент должен изучить соответствующий материал по учебной литературе. Рекомендуется вести конспект с целью систематизации изучаемого материала. Особое внимание студент должен обратить на предлагаемые вопросы для самоконтроля и найти ответы на них.

В соответствии с примерным учебным планом предусмотрено выполнение контрольной работы, после изучения дисциплины - экзамен.

2. ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

ПРИМЕРНЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

	Количество аудиторных часов
Наименование разделов и тем	при очной форме обучения
	всего	в том числе
		лабораторные	практические
		работы	занятия
1	2	3	4
Введение	2
Раздел 1. БУРОВЫЕ РАСТВОРЫ	38	12	4
Тема 1.1 Физико-химические свойства
буровыхрастворов и их влияние на эф-	8	4
фективность процесса бурения
Тема 1.2 Материалы для приготовления
и регулирования свойств буровыхраст-	12	2	2
воров
Тема 1.3 Специальные виды буровых
растворов,условия ихприменения, ре-	10	4
цептура и технология приготовления
Тема 1.4 Регулирование свойств буро-
выхрастворов в процессе бурения сква-	8	2	2
жин
Раздел 2. ТАМПОНАЖНЫЕ РАСТ-	20	4
ВОРЫ
Тема 2.1 Физико-химические свойства
тампонажныхрастворов и их влияние на	8	2
эффективность крепления скважин
Тема 2.2 Материалы для приготовления
и регулирования свойств тампонажных	6	2
растворов
Тема 2.3 Специальные виды тампонаж-
ных цементов и растворов, условия их	4
применения и технология приготовления
Тем а 2.4 Регулирование свойств там по-
нажныхрастворов в процессе крепления	2
скважин
Всего по дисциплине:	60	16	4

I СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Введение

Цели, задачи, место и роль дисциплины в подготовке техника, ее связь с другими изучаемыми дисциплинами.

Назначение буровых и тампонажных растворов и их роль в повышении эффективности бурения и крепления скважин. Краткие сведения из истории применения буровых и тампонажных растворов в отечественной и зарубежной практике.

Литература: 4, с. 6, 27; 10, с. 27...31.

Методические указания

Современная история промывочных жидкостей начинается с 1921 года, когда была сделана первая попытка регулирования их качества применением специальных добавок. Первыми химическими реагентами, которые начали применяться с 1929 г., были каустическая сода и алюминат натрия. В том же году были выданы патенты Кроссу и Харту, предложившим использовать бентонатовые глины в качестве добавок для улучшения свойств растворов.

В настоящее время при бурении скважин различного назначения используются десятки видов материалов для приготовления бурового раствора и сотни добавок для регулирования основных и второстепенных показателей свойств бурового раствора, повышения его качества.

Прогресс современного бурения в значительной степени зависит от качества применяемых буровых растворов, которые должны способствовать разрушению горных пород, предупреждать возникновение осложнений в стволе скважины, обеспечивать высококачественное вскрытие продуктивных пластов и обеспечивать сохранение их естественных коллекторских свойств.

Вопросы для самоконтроля

Когда и где была впервые применена промывка скважин?

Назначение буровых растворов?

Для каких целей применяются тампонажные растворы?

Как влияют свойства буровых растворов на эффективность процесса бурения?

Раздел 1. БУРОВЫЕ РАСТВОРЫ

Тема 1.1 Физико-химические свойства буровых растворов и их влияние на эффективность процесса бурения

Студент должен:

знать: сущность физико-химических процессов и методы управления ими; свойства буровых растворов; методику измерения показателей свойств;

уметь: определять показатели свойств необработанных буровых растворов.

Функции и классификация буровых растворов.

Понятие об истинных растворах и дисперсных системах. Дисперсная фаза и дисперсная среда. Строение коллоидных частиц. Основные свойства дисперсных систем. Процессы, протекающие в дисперсных системах: коагуляция, флокуляция, пептизация. Реологические свойства дисперсных систем.

Обязательные показатели свойств буровых растворов: плотность, услош ш вязкость, статическое напряжение сдвига бурового раствора, показатель фильтрации, толщина фильтрационной корки, показатель седиментации, концентрация посторонних твердых примесей в буровом растворе, содержание твердой фазы, водородный показатель и др. Специальные показатели свойств буровых растворов: минерализации; концентрации ионов кальция, магния, калия, сульфата.

Влияние показателей свойств буровых растворов на эффективность работы породоразрушающего инструмента и всего процесса в целом (механическую скорость бурения, проходку на долото, износ бурового инструмента и оборудования, эффективность очистки бурового раствора от шлама, устойчивость ствола скважин и т.п.).

Лабораторная работа № 1.

Литература: 2, с. 36...93; 4, с. 31...34; 8, с. 329...376; 9, с. 6...23, /17... 14Н, 194...309; 10, с. 3...62.

Методические указания раствор буровой тампонажный скважина

Буровой раствор, находясь в циркуляционной системе, должен выполнять следующие функции: очищать забой скважины от шлама, укреплять стенки скважины, создавать противодавление на вскрытые пласты, охлаждать и смазывать буровой инструмент и долото, способствовать разрушению горной породы, обеспечивать подвод энергии к забойным двигателям, удерживать во взвешенном состоянии частицы шлама при временной остановке циркуляции, обеспечивать сохранение проницаемости продуктивных пластов, служить гидравлическим каналом связи «забой-устье» при специальных измерениях и исследованиях в скважине.

Необходимо отметить, что все классификации буровых растворов по тем или иным признакам достаточно условны. Наиболее распространенная классификация разделяет буровые растворы на растворы водной и на нефтяной основах, газообразные агенты, аэрированные жидкости и пены.

Названия «промывочная жидкость», «буровой раствор», «тампонажный раствор» или «цементный раствор» не отражает их физико-химической сущности и использование этих терминов в дальнейшем связано лишь с традициями в нефтяной промышленности. По составу эти системы относятся к сложным полиминеральным дисперсиям.

Дисперсная система - это раздробленная система, в которой одно вещество раздроблено (диспергировано) и распределено в другом. Вещество, которое диспергировано, называется дисперсной фазой, а среда, в которой оно распределено -дисперсионной средой. Полидисперсными системами назваются дисперсные системы, в которых дисперсная фаза представлена частицами с различными размерами. Системы, состоящие из одной фазы, называются гомогенными. К ним относятся истинные (молекулярные) растворы веществ. Дисперсные системы, состоящие из двух или более фаз, и имеющие поверхность раздела между фазами, называются гетерогенными. К этой группе относятся коллоидные растворы, суспензии, эмульсии.

По агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсной среды дисперсные системы делятся на три группы: с газовой Г, жидкой Ж! и твердой Т, дисперсными средами. Возможны девять комбинаций дисперсной фазы и дисперсионной среды. В качестве буровых растворов обычно используются системы Т,/Ж₂, Г,/Ж₂, Ж,/Ж₂ и реже Ж,/Г₂ и Г,/Г₂. Индексом «1» обозначается дисперсная фаза, а индексом «2» -дисперсионная среда.

По размерам частиц дисперсные системы условно подразделяются на грубодисперсные, тонкодисперсные, коллоидные и молекулярно-дисперсные. В коллоидной химии все системы, отвечающие коллоидной дисперсности, называются золями. Любое изменение концентрации одного или нескольких компонентов гетерогенной системы называется сорбцией.

Свойства коллоидных растворов определяются их элементарными частицами (рисунок 1). Элементарная коллоидная частица состоит из: ядра; адсорбционного слоя, составленного потенциалообразующими ионами и частью противоионов; диффузного слоя, состоящего из противоионов. Три выше перечисленных слоя составляют мицеллу:



Запись дана для гидролиза хлорного железа РеС1₃ в горячей воде с образованием гидроокиси железа Ре(ОН). и соляной кислоты НСЬ.

Основные процессы, протекающие в дисперсных системах:

диффузия - самопроизвольный процесс выравнивания концентрации коллоидных частиц под влиянием их теплового движения;

седиментация - свободное оседание коллоидных частиц под действием силы тяжести;

коагуляция - процесс слипания коллоидных частиц с образованием крупных агрегатов, в результате чего дисперсная система теряет свою седимсптационную устойчивость;

пептизация - процесс, обратный коагуляции;

тиксотропия - изотермический переход золя в гель в состоянии покоя и геля в золь при встряхивании или перемешивании.

К реологическим свойствам дисперсных систем относятся:

эффективная (динамическая) вязкость г/_э , характеризующая вязкое сопротивление системы при заданной скорости сдвига;

пластическая (структурная) вязкость т)_т - условная величина, показывающая

долю эффективной вязкости, которая возникает вследствие структурообразования в потоке системы;

- предельное статическое напряжение сдвига (СНС), характеризующее I точность

структуры, образующейся в системе после 1 мин и 10 мин покоя (9,и6₁₀);

- предельное динамическое напряжение сдвига Т₀ - условная величина, характеризующая предел текучести в потоке системы.

Основными показателями свойств буровых растворов являются плотность, условная вязкость, водоотдача (фильтрация), толщина глинистой (фильтрационной) корки, водородный показатель (рН). Студенту необходимо не только знать теоретические определения данных показателей, их влияние на процесс бурения и заканчивания скважин но и уметь производить практически их замер.

Вопрос влияния бурового раствора на эффективность процесса бурения необходимо увязать с режимами бурения различными способами: роторным, гидродинамическим забойным двигателем, электробурением.

Успех проводки скважин в значительной мере зависит от качества применяемого бурового раствора. Идеальный буровой раствор, используемый при бурении скважин, должен отвечать следующим требованиям:

способствовать повышению скорости проходки;

поддерживать низкое содержание твердой фазы, благодаря чему снижается (до минимума) опасность загрязнения пласта;

повышать устойчивость ствола, ингибировать склонные к осложнениям породы и обеспечивать сохранение целостности выбуренной породы, что облегчает ее удаление;

обеспечивать поддержание на стабильном уровне статического напряжения сдвига и улучшенную очистку ствола без чрезмерных пульсаций давления в процессе спуско-подъемных операций;

иметь низкую токсичную и высокую термостабильность;

экономить денежные средства - достигаемые преимущества, решение проблем или возможность избежать их дают значительный экономический эффект, т.е. затраты на контролирование и поддержание необходимых свойств бурового раствора окупаются.

Исходя из этих требований, перед началом бурения нужно определить состав и свойства буровых растворов, которые будут использованы для промывки скважины в каждом интервале. Для отдельных площадей и групп площадей, сходных по геолого-техническим условиям разрабатываются технологические регламенты буровых растворов. Выбранные буровые растворы должны быть не только наиболее эффективными в данных условиях, но и готовиться на основе доступных и дешевых реагентов и материалов.

Вопросы для самоконтроля

Что такое дисперсная система?

По каким признакам классифицируются дисперсные системы?

Каковы отличительные свойства коллоидных частиц?

Что такое сорбция?

Каково строение коллоидных частиц?

Что такое коагуляция и пептизация?

Что такое золи и гели?

; 8. В чем заключается процесс тиксотропии?

^: 9. Что такое суспензия?

I 10. Какие системы называются эмульсиями?

Каковы особенности пен как дисперсных систем?

Что такое седиментация?

Что такое рН среды?

Какие показатели свойств буровых растворов относятся к основным?

Как измеряется плотность буровых растворов?

Как измеряется условная вязкость?

Что такое показатель фильтрации?

Как измеряется показатель фильтрации?

Что такое СНС?

Как определяется статическое напряжение сдвига?

Как измеряется величинарН?

Каково назначение буровых растворов?

Как классифицируются буровые растворы?

Тема 1.2 Материалы для приготовления и регулирования свойств буровых растворов

Студент должен:

знать: материмы и химреагенты для приготовления и регулирования свойств буровых растворов; их назначение и свойства;

уметь: определять показатели свойств химической обработки буровых растворов.

Природа глин, их структура, минералогический и химический состав. Физико-химические и механические свойства глин. Набухание глин. Понятие о показателях набухания глины: степень набухания, периоды набухания, средняя скорость набухания. Основные показатели качества глиноматериалов, применяемых для приготовления буровых растворов.

Характеристика применяемых утяжелителей, требования к ним.

Химическая обработка буровых растворов. Характеристика химических реагентов, условия их применения.

Виды и назначение веществ специального назначения: ПАВ; смазочные и противоизносные добавки; пеногасители; ингибиторы коррозии; вещества, повышающие термостойкость. Требования к специальным добавкам, возможные побочные явления. Наполнители буровых растворов, их назначение, ассортимент, технология обработки раствора. Материалы и реагенты, используемые в буровых растворах за рубежом, их краткая характеристика; отечественные аналоги.

Лабораторная работа № 2.

Практическое занятие № 1.

Литература: 2, с. 41...43; 4, с. 84... 156; 10, с. 43...98; 13, 64...135; 15, с. 5...150; 19, с. 62... 115.

Методические указания

Глины - сложные по составу осадочные полидисперсные породы, в состав которых входят водорастворимые соли и органические вещества, внесенные в них в процессе образования. Разнообразие условий формирования глин и различие их состава обуславливают существенные отличия их свойств.

Глины являются основным структурно- и коркообразугощим компонентом буровых растворов на водной основе. Студенту необходимо знать характеристику основных типов глин и глинистых материалов, требования к качеству глиноматериалов, специальные добавки к глинистым растворам, основные химические реагенты для первичной и вторичной обработки глинистого раствора, утяжелители, наполнители, смазочные

добавки, нормы расхода, случаи применения, противопоказания в различных горногеологических и технико-технологических условиях бурения.

Глинистый раствор имеет способность стареть. Свежеприготовленный глинистый раствор по своим свойствам очень сильно отличается от раствора, простоявшего продолжительное время после затворения. Вязкость и напряжение сдвига у большинства свежих растворов бывают меньше, а отстой больше, чем у старых (выдержанных) растворов. При нагреве глинистого раствора ускоряется процесс его старения. Основное средство регулирования свойств буровых растворов - химическая обработка их различными химическими реагентами. Физико-химическая обработка глинистых растворов необходима для следующего:

1)улучшить глинизирующую способность раствора низкого качества увеличением степени дисперсности твердой фазы;

снизить показатель фильтрации и толщину глинистой корки;

регулировать статическое напряжение сдвига;

понизить вязкость их, имеющую тенденцию к возрастанию в процессе бурения вследствие насыщения растворов обломками выбуренной породы;

5) получить растворы, которые не глинизировали бы нефтеносные и
газоносные горизонты;

противодействовать влиянию высоких температур;

предотвращать поглощение промывочной жидкости либо снижать ее или предупреждать другие виды осложнений;

8) сохранять глинизирующую способность глинистого раствора в случае
притока воды с высокой концентрацией солей или при разбуривании
соленосных и глиноносныхтолщ;

9) утяжелять раствор до плотности 2500 кг/м³ с сохранением его
подвижности.

Для химической обработки используют большое число веществ-реагентов, при малых добавках которых существенно изменяются свойства промывочной жидкости. Большинство реагентов способствуют изменению одновременно нескольких свойств, хотя и в разной степени.

Все реагенты условно можно подразделить на несколько групп:

понизители тердости горных пород;

смазочные добавки;

пенообразователи;

пеногасители;

реагенты, придающие глинистым растворам термостойкость;

ингибиторы коррозии;

наполнители; -утяжелители.

Вопросы для самоконтроля

Что такое глины и чем они характеризуются?

В чем особенность модифицированных глин?

Что такое глинопорошки и каковы их характеристики?

Назначение и характеристики утяжелителей.

В каких условиях применяются наполнители?

Как классифицируются химические реагенты?

Какие смазочные добавки применяются в бурении?

Какие реагенты-пеногасители используются в бурении?

Назначение УЩР?

Область применения КМЦ?

Назначение крахмальных реагентов.

Какие марки КССБ применяются в бурении?

Что такое лишние реагенты?

Что такое ПАВ, их область применения?

Тема 1.3 Специальные виды буровых растворов, условия их применения, рецептура и технология приготовления

Студент должен:

знать: назначение ингибированных растворов, рецептуру, технологию их приготовления; растворы для вскрытия продуктивных пластов; меры по охране окружающей среды при использовании буровых растворов;

уметь: выбирать тип растворов.

Понятие об ингибированных глинистых растворах, их назначение. Виды ингибированных растворов: высококальциевые, кальциевые, силикатные, алгоминатные, полимерные, известковые, гипсовые, на основе реагентов НТФ; условия их применения, рецептура.

Меловые растворы, компонентный состав, условия применения, технология приготовления. Буровые растворы низкой и пониженной плотности, область применения, рецептура. Буровые растворы с конденсированной твердой фазой, область применения, рецептура.

Буровые растворы для вскрытия продуктивных пластов: на водной основе (глинистые с добавкой ПАВ, с низкой концентрацией твердой фазы, калийные, полимерные и др.), на нефтяной основе (известково-битумные, гидрофобно-эмульсионные, инвертные эмульсионные), газообразные рабочие агенты, рецептура. Мероприятия по охране недр и окружающей среды в процессе промывки скважин.

Понятие о технологическом регламенте буровых растворов. Порядок выбора типа бурового раствора для бурения в различных горно-геологических условиях.

Лабораторная работа № 3.

Литература: 4, с. 31...84, 221...264; 10, с. 165...203; 15, с. 186...267.

Методические указания

В течение последних лет были разработаны системы глинистых растворов, получившие название ингибированных. Ингибированные растворы обладают следующими отличительными признаками: способностью повышать устойчивость глинистых пород, предупреждать самозамес, т.е. диспергирование и переход в состав промывочной жидкости выбуренных глинистых частиц; меньшей чувствительностью к действию электролитов; повышенной глиноемкостью. Ингибирование заключается в частичной регулируемой коагуляции глинистых частиц, приводящей к образованию агрегатов при сохранении общей связкости. Ингибированные глинистые растворы делятся на две системы: саморегулирующиеся системы и регулируемые. В качестве ингибиторов используются малорастворимые соли и гидраты окисей поливалентных металлов; гипс, известь, хлористый кальций, жидкое стекло, гидроокись бария, ацетат кальция и др.

Меловыми растворами названы промывочные жидкости, значительную часть дисперсной фазы которых составляет мел. Так как термин «меловые растворы» учитывает использование мела для утяжеления промывочных жидкостей, к числу меловых растворов могут быть отнесены не только безглинистые растворы, но и различные глинистые растворы и даже растворы на нефтяной основе.

Эффективность современных методов разработки нефтяных и газовых месторождений во многом зависит от состояния призабойной зоны эксплуатационных и нагнетательных скважин. Проникновение в эту зону промывочной жидкости или ее фильтратов вызывает уменьшение проницаемости продуктивного пласта, в результате чего вокруг скважины образуется зона с пониженной по сравнению с естественной проницаемостью.

В настоящее время для предотвращения отрицательного влияния фильтрата буровых растворов на вскрытие и освоение скважин работа проводится в следующих основных

направлениях:

-улучшение свойств промывочных жидкостей на водной основе путем добавки

ПАВ;

применение растворов на нефтяной основе (РНО);

применение пен;

применение газообразных агентов;

применение метода местной циркуляции.

При выборе типа бурового раствора следует учитывать: минерализацию дисперсионной среды и вид преобладающего катиона рН раствора; минимально возможное содержание глинистой активной фазы; предел термо- и солестойкости реагентов; величину водоотдачи; сохранение естественных коллекторских свойств продуктивных пластов; требования экологии; предупреждение возможности возникновения осложнений; возможность контроля технологических свойств; своевременное их восстановление; стоимость компонентов.

При бурении нефтяных и газовых скважин очень часто возникают всевозможные осложнения. Основные из них - поглощение бурового раствора, выбросы и нарушения целостности ствола скважины. Эти осложнения не возникают обособленно - развитие одного из осложнений может стать фактором, способствующим появлению других. Так, поглощение бурового раствора, сопровождающееся снижением гидростатического давления на стенки скважины, создает благоприятные условия для газонефтяных и водяных выбросов, а также обвалов или осыпей вышележащих пород (разновидность осложнений, связанных с нарушением целостности ствола скважины).

При бурении в осложненных условиях изменяются требования к глинистому раствору. Последний должен обладать качеством, позволяющим предотвратить возможные осложнения или ликвидировать их в самом начале. Для предупреждения и борьбы с поглощениями промывочной жидкости глинистый раствор должен иметь соответствующую данному геологическому разрезу плотность и обладать достаточными вязкостью, начальным напряжением сдвига и тиксотропностыо.

Перечисленным сложным требованиям обычный глинистый раствор, содержащий только воду и глину, хотя бы даже и коллоидную, не в состоянии удовлетворить. При бурении в осложненных условиях необходимо обрабатывать глинистые растворы.

Вопросы для самоконтроля

Что такое ингибирование?

Как подразделяются ингибированные системы?

Какие вещества являются ингибиторами?

В чем особенность меловых растворов?

Назовите виды ингибированных растворов.

Перечислите виды силикатных растворов.

Приведите рецептуры силикатных растворов.

Когда применяются гипсовые растворы?

Назовите преимущества известковых растворов.

Для чего предназначены хлоркальцевые глинистые растворы?

Как готовятся полимерные растворы?

Что такое алюминатный раствор?

В чем отличие, преимущества и недостатки меловых растворов?

Что такое гидрогель магния?

Какие предъявляются требования к вскрытию продуктивного пласта?

Перечислите типы растворов для вскрытия продуктивных пластов? 17 .Какова роль ПАВ при вскрытии продуктивных пластов?

Что такое растворы с низкой концентрацией твердой фазы?

Назовите рецептуры калиевых растворов.

РНО. Рецептура, способы приготовления.

Классификация РНО.

Что такое инверсия?

23. Что относится к газообразным агентам?

Перечислите основные принципы выбора типа бурового раствора.

Что такое технологический регламент буровых растворов?

Тема 1.4 Регулирование свойств буровых растворов в процессе бурения скважин

Студент должен:

знать: причины изменения свойств растворов в процессе бурения, физические методы регулирования свойств растворов;

уметь: рассчитывать рецептуру обработки раствора для восстановления его параметров.

Причины, вызывающие необходимость регулирования свойств бурового раствора в процессе бурения скважин. Методы регулирования показателей свойств бурового раствора: химическая обработка, физические и физико-механические методы.

Первичная и вторичная химическая обработка бурового раствора. Технология обработки циркулирующего бурового раствора порошкообразными и жидкими реагентами.

Сероводородная агрессия. Осложнения, вызванные попаданием сероводорода в буровой раствор. Нейтрализаторы, связывающие сероводород в водорастворимые и в водонерастворимые сульфиды; применяемые реагенты, их преимущества и недостатки.

Лабораторная работа № 4.

Практическое занятие № 2.

Литература: 4, с. 71...72; 10, с. 129...145, 149...154; 15, с. 221...224; 18, с. 159...166.

Методические указания

Глинистый раствор имеет способность «стареть». Свежеприготовленный глинистый раствор по своим свойствам отличается от раствора, простоявшего продолжительное время после затворения. Также процесс старения или изменения его свойств происходит в результате разбуривания химически активных пластов, наличия минерализованных вод и газа, глинизации ствола скважины, воздействия забойных температур и давлений. Поэтому для восстановления требуемых для дальнейшей проводки скважины свойств бурового раствора он подвергается обработке: химической, физической, механической или комплексной.

Первичная обработка бурового раствора производится в процессе его заготовки с учетом горно-геологических условий скважины, состояния ее ствола и технико-технологического обеспечения. Вторичная обработка бурового раствора производится по мере углубления скважины, старения и естественных потерь. На каждой отдельно взятой скважине первичная и вторичная обработки осуществляются индивидуально в соответствии с технологическим регламентом.

Вопросы для самоконтроля

Какими способами осуществляется первичная обработка бурового раствора?

Что такое «старение» бурового раствора?

Какие существуют методы восстановления свойств бурового раствора?

Каково влияние геологического разреза на стабильность бурового раствора?

Как осуществляется контроль за изменением показателей свойств буровых растворов?

Раздел 2. ТАМИОНАЖНЫЕ РАСТВОРЫ

Тема 2.1.Физико-химические свойства тампонажных растворов и их влияние на эффективность крепления скважин

Студент должен:

знать: основные свойства тампонажных растворов; механические свойства цементного камня; приборы для определения свойств раствора и камня; влияние свойств раствора и камня на качестворабот;

уметь: определять основные свойства тампонажных цементных растворов и камня.

Функции тампонажных растворов. Дисперсная фаза и дисперсионная среда в тампонажных растворах. Реологические свойства тампонажных растворов. Основные свойства тампонажных растворов и камня: водосодержание, показатель фильтрации, плотность, растекаемость, сроки схватывания, загустевание, седиментационная устойчивость, коррозийная стойкость, механическая прочность и проницаемость цементного камня и др. Факторы, влияющие на свойства тампонажных растворов и камня.

Приборы и оборудование для определения основных свойств тампонажных растворов и камня, их устройство, принцип действия. Организация контроля основных свойств тампонажных растворов и камня при креплении скважин.

Влияние основных свойств тампонажных растворов и камня на качество тампонажных работ и эффективность всего процесса бурения скважин в целом (осложнения при проведении тампонажных работ, степень надежности изоляции пластов и герметичности затрубного пространства, заполненного тампонажным материалом).

Лабораторная работа № 5.

Литература: 1, с. 431...434; 4, с. 24...27; 5, с. 64...89; б, с. 35...83; 12, с. 203...287.

Методические указания

Для преодоления препятствий, возникающих в процессе бурения скважины (катастрофических поглощений, осыпей и обвалов стенок скважины, перетоков пластовых жидкостей), ее ствол перекрывается обсадными трубами и цементируется или же тампонируется. Материалы для крепления ствола скважины и растворы их называются тампонажными.

Тампонажные растворы являются сложными дисперсионными системами, в которых дисперсной фазой является тампонажный материал, а дисперсионной средой -вода. По реологическим свойствам тампонажные растворы относятся к сильнотиксотропным вязкопластным жидкостям. Реология тампонажных растворов определяется следующими константами: статическое напряжение сдвига, вязкость и динамическое напряжение сдвига.

Основными свойствами цементного раствора применительно к скважинам являются: водосодержание (водоцементное отношение), водоотдача, плотность, подвижность (растекаемость), сроки схватывания, время загустевания, седиментационная устойчивость, структурная вязкость, статическое и динамическое напряжение сдвига. К свойствам цементного камня относятся механическая прочность, проницаемость, объемные изменения, коррозийная устойчивость в агрессивных средах, модуль упругости.

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 горно-геологических условий и требований технологии проводки скважины часто возникает необходимость регулирования свойств тампонажных растворов и цементного камня, что обеспечивается вводом в тампонажные растворы химических реагентов, наполнителей, утяжелителей и т.д.

Вопросы для самоконтроля

Тампонажные растворы как дисперсная система.

Чем вызывается необходимость тампонирования скважины?

Что такое тампонажные растворы?

Дайте определение водосодержания цементных растворов.

Что относится к реологическим свойствам тампонажных растворов?

Что такое растекаемость тампонажного раствора?

Объясните понятие термина «коррозийная стойкость».

Назовите основные показатели свойств тампонажных растворов.

Какими основными показателями характеризуется качество цементного камня?

Какими приборами определяются показатели основных свойств тампонажного раствора?

Какими приборами определяются показатели основных свойств цементного камня?

12. Как влияют основные свойства тампонажных растворов и цементного камня на качество крепления скважины?

Тема 2.2 Материалы для приготовления и регулирования свойств тампонажных растворов

Студент должен;

знать: тампонажные материалы, реагенты, регулирующие их свойства; добавки к тампонажным цементам и растворам, наполнители;

уметь: определять физические свойства цементного порошка; выбирать тип цемента; рассчитывать количество химреагентов, добавок, наполнителей; подбирать рецептуру тампонажных растворов; регулировать водосодержание раствора в процессе крепления скважин.

Тампонажные материалы и их классификация. Тампонажный портланд-цемент, состав Клинкера. Свойства сухого цементного порошка. Требования, предъявляемые к тампонажным материалам. Организация, хранение и транспортировка тампонажных материалов.

Тампонажные цементы для высокотемпературных скважин; растворы пониженной плотности и утяжеленные цементы; растворы, затворенные на концентрированных растворах солей, для борьбы с осложнениями при бурении скважин. Специальные добавки к тампонажным цементам и растворам.

Регулирование свойств тампонажных растворов и камня с помощью реагентов. Ускорение и замедление процесса схватывания, снижение показателей фильтрации, регулирование плотности раствора и камня. Регулирование реологических свойств цементных суспензий.

Лабораторная работа № 6.

Литература: I, с. 434...443; 3, с. 364...373; 5, с. 36...89; 12, с. 5...130; 14, с. 97...

Методические указания

Тампонажным цементом называется продукт, состоящий из вяжущих веществ (портландцемента, шлака, извести, пластмасс и др.), минеральных (кварцевого песка, асбеста, глины, шлака и др.) или органических добавок, дающих после затвердения водой (или другой жидкостью) раствор, а затем камень обусловленного качества.

Классифицируются тампонажные растворы по следующим признакам: по виду вяжущей основы (в зависимости от добавок); по роду жидкости затвердения; по срокам схватывания (в зависимости от температуры испытания и применения); по плотности.

Тампонажный портландцемент представляет собой разновидность силикатного цемента, получаемого при совместном помоле портландцементного клинкера, гипса и минеральных добавок (кварцевого песка, доменного гранулированного шлака, трепеля). Основная часть портландцемента - искусственный камень (клинкер), полученный обжигом специальной смеси известняка и глины (мергеля) до спекания. 75 % клинкера составляют два минерала: трехкальциевый силикат ЗСаО 8Ю, и двухкальциевый силикат 2СаО-ЗЮ,; около 25 % приходится на соединения, содержащие глинозем: трехкальциевый алюминат ЗСаОА1 0₂ и четырехкальциевый алюмоферрит 4 СаОА1₂0₃Ре₂0,. Такие соединения как сернистый ангидрит 50₃ и магнезия М§0 нежелательные примеси, поэтому в составе клинкера их должно быть не более 3,5 % и 5 % соответственно.

Сухой цементный порошок характеризуется следующими основными свойствами: плотностью, насыпной массой, тонкостью помола, гранулометрическим составом.

Вопросы для самоконтроля

Как определяются основные свойства цементного порошка?

Как классифицируются тампонажные материалы?

Что такое клинкер?

Перечислите требования, предъявляемые к тампонажным материалам?

Как организовывается хранение и транспортировка тампонажных материалов?

Как регулируются свойства тампонажных растворов?

Как регулируются свойства цементного камня?

Что такое специальные добавки к тампонажным растворам?

9. Каким образом происходит регуляция реологических свойств тампонажных растворов?

10. Какие виды специальных тампонажных материалов выпускаются в российской промышленности?

Тема 2.3 Специальные виды тампонажных цементов и растворов, условия их применения и технология приготовления

Студент должен:

знать: специальные виды тампонажных цементов и растворов.

Понятие о специальных тампонажных цементах и растворах. Специальные тампонажные цементы и растворы: коррозионностойкие, расширяющиеся, гипсовые, гидрофобные, нефтецементные, полимер- и латексцементные, тампонажные растворы для крепления скважин в многолетнемерзлых породах.

Условия применения и технология приготовления специальных тампонажных растворов.

Литература: 1, с. 443...446; 3, с. 378...390, 399...407; 5, с. 56...61; 12, с. 106... 128; 14, с. 106... 123.

Методические указания

Многообразию условий цементирования скважин не может удовлетворить единственный тип цемента, например портландцемент, применение которого ограничено как температурными условиями, так и величиной плотности приготовляемого раствора. С повышением температуры и давления сроки схватывания растворов из портландцементов резко сокращаются. Для качественного и долговечного разобщения пластов необходимо, чтобы цементный камень имел определенные характеристики (прочность, проницаемость, устойчивость) для данных условий скважины. Кроме того на проведение процесса цементировочных работ и их результат большое влияние оказывают реологические свойства тампонажного раствора и их изменение во времени, а также плотность и водоотдача.

В настоящее время разработаны и нашли широкое практическое применение такие тампонажные материалы как облегченные тампонажные портландцемента, песчанистые тампонажные гюртландцементы; шлако-песчаный цемент, билито-кремнеземистый цемент, известково-кремнеземистые цементы; расширяющиеся тампонажные цементы, гидрофобные и низкогигроскопические цементы, а в качестве тампонирования зон поглощений промывочных жидкостей - гельцементы и быстросхватывающиеся смеси.

Вопросы для самоконтроля

В каких целях выпускаются специальные виды тампонажных материалов?

Как осуществляется выбор тампонажного материала?

Как влияют горно-геологические условия на выбор тампонажного раствора?

Требования к реологическим свойствам тампонажных растворов от условий цементирования скважин.

Перечислите виды специальных тампонажных материалов.

В каких случаях применяются облегченные портландцементы?

Область применения гидрофобных цементов.

Для чего предназначены расширяющиеся цементы?

Что такое гельцементы?

10. Назовите рецептуры быстросхватывающихся смесей.

Тема 2.4 Регулирование свойств тампонажных растворов в процессе крепления скважин

Студент должен:

знать: регулирование свойств тампонажных растворов в прогрессе крепления скважин, меры по охране окружающей среды при приготовлении и использовании тампонажных растворов.

Непрерывный контроль свойств тампонажного раствора, оперативное управление режимом работы цементированного оборудования. Регулирование свойств раствора изменением его водосодержания. Усреднительные емкости, станции типа СКЦ-2М ^; Техника безопасности, охрана недр и окружающей среды при работе с тампонажными цементами и растворами.

Литература: 1, с. 429...430; 3, с. 218...219; 13, с. 146...147, 222...223.

Методические указания

Обеспечению качества тампонажных работ необходимо уделять крайне серьезное внимание, так как от данного заключительного этапа работ по проводке скважины впрямую зависит отбор продуктивного флюида. Для получения высокого качества цементирования скважины необходимо правильно выбрать: рецептуру цементного раствора; плотность цементного раствора; статическое напряжение сдвига и вязкость. В процессе цементирования должна постоянно контролироваться плотность цементного раствора с помощью ареометров или специальной станцией контроля параметров тампонажного раствора, включенной в обвязку нагнетательных линий цементирования. Плотность должна быть заданной, определяемой водоцементным отношением в течение всего процесса цементирования.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие показатели тампонажного раствора контролируются в процессе
цементирования скважины?

Как производится контроль тампонажного раствора в процессе цементирования скважины?

Что такое проба тампонажного раствора и как она отбирается?

Как обвязывается устье скважины при цементировании?

Что такое станция управления?

Как замеряются параметры тампонажного раствора с помощью станции управления?

3. ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ И ПРАКТИЧЕСКИХЗАНЯТИЙ

3.1. ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

I № темы	Наименование работы	Количество часов
		№ 1. Определение основных показателей необработанных буровых растворов. Исследование фильтрата бурового раствора.
	1.1	Определение показателя общей минерализации и концентрации ионов кальция, магния в фильтрате бурового раствора.	4
		№ 2. Определение основных показателей химически обработанных и утяжеленных буровых растворов.
	1.2	Определение влияния концентрации кальцинированной (или каустической) соды на показатели свойств исходного глинистого раствора.	2
	1.3	№ 3. Приготовление высококальциевого бурового раствора и исследование его свойств	4
		Определение влияния зарубежных химических реагентов на показатели свойств бурового раствора.
	1.4	№ 4. Приготовление минерализованного раствора на основе солетермостойких реагентов	2
		№ 5. Определение основных свойств тампонажного (цементного) раствора: плотности, показателя фильтрации, растекаемости, сроков схватывания.
	2.1	Определение предела прочности цементного камня при изгибе образцов-балочек, изготовленных из цементных растворов и равномерности изменения объема цементного камня.	2
	2.2	№ 6. Определение физических свойств цементного порошка: плотности,тонкости помола, объемного насыпного веса в сухом и естественном состоянии, гидрофобное™.	2
		Всего:	16

3.2. ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

№ темы	Наименование занятия	Количество часов
1.2	№ 1. Расчет количества бурового раствора, глиноматериалов, воды, утяжелителя для бурения скважины.	2
1.4	№ 2. Расчет необходимого количества химического реагента для обработки всего объема бурового раствора. Расчеты объема жидкого реагента, требуемого для обработки бурового раствора с учетом пересчета на активное сухое вещество или с учетом его концентрации и изменения плотности бурового раствора при обработке жидкими реагентами.	2
	Всего:	4

4. ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

В соответствии с действующим учебным планом при изучении данной дисциплины каждый студент должен выполнить контрольную работу, которая содержит пять теоретических вопросов и одну задачу.

К выполнению контрольной работы необходимо приступить только после полного изучения теоретического материала согласно программы данной дисциплины. Учебный материал рекомендуется конспектировать.

Вариант контрольной работы определяется двумя последними цифрами шифра студента (таблица I). Если номер варианта более 30, то из него следует вычесть 30 (37-30=7).

Контрольная работа выполняется в отдельной тетради; на каждой странице оставляются поля шириной 25 - 30 мм.

Вопросы переписываются полностью. Ответы должны быть четкими и конкретными, содержать необходимые рисунки, схемы, графики и таблицы, а также ссылки на источник информации. Ответ на каждый отдельный вопрос и решение задачи начинается с новой страницы. В конце выполнения работы дается список литературы и оставляется один чистый Лист для рецензии.

Выполненная работа высылается в колледж для проверки. Если работа не зачтена, она переделывается. Обе работы высылаются в колледж.

Зачтенная контрольная работа находится у студента и предъявляется на экзамене по данной дисциплине.

По всем неясным вопросам следует обращаться за консультацией к преподавателю данной дисциплины.

Перед выполнением задачи необходимо изучить теоретический материал первого раздела данной дисциплины и разобраться с решением задач 35, 36, 38 и 39 из [30, с. 144... 148].

Номера контрольных вопросов

Таблица 1 - Номера контрольных вопросов

Номера вариантов	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Номера вопросов	М9, 37, 55, 73	2, 20, 38, 56, 74	3, 21, 39, 57, 75	4, 22 40, 58, 76	5, 23, 41, 59, 77	6, 24, 42, 60, 78	7, 25, 43, 61, 79	8, 26, 44, 62, 80	9, 27 45, 63, 81	10 ,28, 46, 64. 82
Номера вариантов	И	12	13	14	15	16	17	18	19	20
Номера вопросов	11, 29, 47,63, 83	12, 30, 48, 66, 84	13, 31, 49, 67, 85	14, 32, 50, 68, 86	15, 33, 51, 69, 87	16, 34, 52, 70, 88	17, 35, 53, 71, 89	18, 36, 54, 72, 90	1, 18, 38, 54, 90	2, 19, 39, 55, 89
Номера вариантов	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30
Номера * вопросов	3, 20, 40, 56, 88	4, 21, 41, 57, 87	5, 22, 42, 58, 86	6, 23, 43, 59, 85	7, 24, 44, 60, 84	8, 25, 45, 61, 83	9, 26, 46, 62, 82	10, 27, 47, 63, 81	11, 28, 48, 64, 80	12, 29, 49, 65, 79

Методические указания к решению задачи

Расчет химической обработки раствора производится в следующей последовательности:

1. Определяется необходимый объем бурового раствора: для эксплуатационного бурения:

V, =2У

для разведочного бурения:

У_г =ЗУ

2. Определяется количество сухих реагентов, добавляемых в глинистый раствор:



где () - количество сухого химического реагента, кг; п - норма расхода химического реагента, кг/м³.

3. Определяется объем химического реагента, исходя из условия, что он вводится в виде 10% водного раствора:

4. Определяется.плотность 10% водного раствора химического реагента

Таблица 2 - Плотность химических реагентов

Наименование химического реагента	Плотность
КССБ	1120-1140 кг/м3
ССБ	1220-1300 кг/м3	#
ШОН	2020 кг/м3
N300, 2 ^	2500 кг/м3
Крахмал	2000 кг/м3
кмц	1700 кг/м3

где с!_вн - внутренний диаметр промежуточной колонны, м; Н - глубина спуска промежуточной колонны, м; Ь - глубина скважины, м; О - диаметр скважины, м.

5. Определяется плотность бурового раствора после химической обработки:

где р₆ - плотность бурового раствора после химической обработки, кг/м³; Р^ - плотность исходного бурового раствора, кг/м³.

Контрольная работа

Назначение и классификация буровых растворов.

Промывочные жидкости как дисперсные системы.

Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию.

Классификация дисперсных систем по размерам частиц.

Тонкодисперсные системы.

Устойчивость дисперсных систем.

Поверхностные явления и сорбционные процессы.

Строение коллоидных частиц.

Коагуляция и пептизация.

Золи, гели. Тиксотропия. Седиментация.

Диссоциация воды и рН-среды.

Реологические свойства буровых растворов.

Обязательные показатели свойств буровых растворов.

Влияние показателей свойств буровых растворов на эффективность работы породоразрушающего инструмента.

Природа глин, минералогический и химический состав.

Физико-химические и механические свойства глин.

Набухание глин. Показатели набухания глины.

Основные показатели качества глиноматериалов.

Характеристика применяемых утяжелителей, требования к ним.

Химическая обработка буровых растворов.

Электролиты.

Защитные коллоиды.

Вещества специального назначения.

ПАВ, их характеристика, область применения.

Смазочные добавки: характеристика и требования к ним.

Пеногасители: характеристика, область применения.

27. Ингибиторы, коррозии и реагенты, придающие глинистым растворам термостойкость.

Наполнители, область применения, характеристика.

Сущность процессов ингибирования.

Силикатные растворы.

Гипсовые растворы.

Известковые растворы.

Хлоркальциевые глинистые растворы.

Полимерные растворы.

Алюминиевые растворы.

Меловые растворы.

Буровые растворы с конденсированной твердой фазой.

Требования к растворам для вскрытия продуктивных пластов.

Глинистые растворы с добавкой ПАВ.

Буровые растворы с низкой концентрацией твердой фазы.

Калиевые растворы.

Растворы на нефтяной основе.

Известково-битумные растворы.

Соляро-мазутный раствор.

Гидрофобные эмульсионные растворы.

Инвертные эмульсионные растворы.

Эмульсионный известково-битумный раствор (ЭИБР).

Высококонцентрированный инвертный эмульсионный раствор (ВИЭР).

Термостойкий инвертно-эмульсионный раствор (ТИЭР).

Газообразные агенты.

Мероприятия по охране окружающей среды.

Принципы выбора бурового раствора. ¦

Технологический регламент буровых растворов.

Сероводородная агрессия.

Влияние сероводорода на свойства бурового раствора.

Методы нейтрализации сероводорода.

Первичная и вторичная химическая обработка бурового раствора.

Технология обработки циркулирующего бурового раствора.

Функции тампонажных растворов.

Тампонажные растворы как дисперсные системы.

Реологические свойства тампонажных растворов.

Основные показатели свойств тампонажных растворов.

Основные показатели свойств цементного камня.

Факторы, влияющие на свойства тампонажных растворов и цементного камня.

Приборы и оборудование для определения основных свойств тампонажных растворов: устройство, принцип действия.

...