Конструкции призабойных зон пласта

1. Конструкция призабойной зоны пласта (ПЗП) с открытым стволом уменьшенного диаметра. Предусматривает бурение до кровли продуктивного пласта, спуск и цементирование обсадной колонны. Вскрытие – долотом меньшего размера, остается незакрепленным. Это наиболее экономичная конструкция используется при залегании в интервале пласта устойчивых (прочных) горных пород, равномерных по коллекторским свойствам и насыщенных одним типом флюида. Может применяться конструкция с фильтром. Достоинства: возможность применения индивидуального бурового раствора, не загрязняется цементным раствором. Недостатки: может легко происходить обводнение скважины.

1. Забой с открытым стволом диаметра бурения под эксплуатационную колонну. Предусматривает бурение со вскрытием пласта с последующим цементирование до кровли. Для защиты продуктивного пласта от загрязнения на забой намывают песчаную подушку или вязко-упругий состав. Также может использоваться фильтр. Достоинства: ускорение строительства (не надо разбуривать пласт после спуска ЭК), предотвращение загрязнения пласта. Недостатки: нельзя использовать индивидуальный буровой раствор

1. Перфорационный. Является наиболее распространенным. При бурении вскрывается пласт на всю толщину с возможностью разместить цементный стакан. Затем спускается эксплуатационная колонна, цементируется и вскрывается перфорацией. Достоинства: простота исполнения, не предусматривает особых требований. Недостатки: загрязнение ПЗП.

1. Следующая схема крепления призабойной зоны скважины предусматривает 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. Достоинства: применение индивидуального бурового раствора, уменьшение загрязнения. Недостатки: дорого и трудоемко.

Выбор конструкции ПЗП зависит от типа коллектора, водоносных горизонтов, коэффициента проницаемости, типа эксплуатации.

Тампонажные материалы и их свойства.

Основные понятия

Перед рассмотрением свойств тампонажных материалов необходимо рассмотреть основные понятия:

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.

Тампонажный раствор – гетерогенная дисперсная система, способная к затвердеванию.

Вяжущее вещество – вещество, обеспечивающее процесс затвердевания за счет своих химических свойств.

Жидкость затворения – дисперсионная среда гетерогенных тампонажных растворов.

Цементный камень – искусственное твердое тело, образующееся при затвердевании тампонажного раствора.

Новообразования – твердые вещества, образующиеся при реакциях компонентов тампонажных цементов между собой, с жидкостью затворения и внешними компонентами.

Классификация тампонажных цементов: согласно гост ГОСТ 1591-96

· По вещественному составу цементы подразделяют на следующие типы:

· По плотности цементного теста цемент типа III подразделяют на:

· По температуре

· Клинкерные,бесклинкерные

Клинкер – промежуточный продукт при производстве цемента, смесь известняка и глины соотношением 75:25 или других материалов сходного валового состава и достаточной активности частично расплавленный при температуре 1450 градусов Цельсия, в ходе плавления и получаются гранулы клинкера.

Наиболее часто применяемый цемент – портландцемент (применяется в 90% скважин, еще в 8% скважин применяются цементы на его основе).

Портландцемент

Портландцемент – ода из разновидностей клинкерных цементов, минеральное, вяжущее вещество, состоящее из портландцементного клинкера, имеющего основой силикаты кальция, и различных добавок. При производстве клинкера используется известняк, мел, доменные шлаки (носители оксида кальция) и глинистые породы – носители оксидов кремния, алюминия и железа. Также вводят корректирующие добавки (один из кислотных оксидов, чаще всего – оксида железа). Производство ведут путем обжига до спекания сырьевой смеси при 1700-1800 К), после чего производится охлаждение, дробление и размол в шаровых мельницах. На слайде вы можете увидеть основные компоненты цементного порошка, это такие оксиды как: CaO, SiO_2, Al₂O_3,Fe₂O_3, а так же небольшие включения других оксидов.

Оксид кремния способствует образованию силикатов, т.е. увеличивает способность твердеть, длительное время работать в водной среде. Увеличение содержания оксида кремния приводит к замедлению сроков схватывания и увеличивает сульфатостойкость цементного камня.

Оксид алюминия способствует ускорению сроков схватывания, но понижает прочность.

Увеличение содержания оксида железа приводит к замедлению процесса схватывания и снижает раннюю прочность цементного камня.

Свободный оксид кальция - вредная добавка, он способствует увеличению объема твердой фазы (его должно быть менее 1%)

Оксид магния в избыточных количествах (>4,5%) вызывает увеличение объема и разрушение вещества.

Щелочные оксиды вызывают растрескивание камня. Остальные примеси (кислотные) также вредно влияют на процесс его образования камня.

Минералы, содержащиеся в клинкере, представлены минералами-плавнями и минералами-силикатами. К минералам-силикатам относятся:

3CaO*SiO₂ – трехкальциевый силикат (С₃S), в виде минерала алита – 45-65% Алит достаточно быстро реагирует с водой, тем самым его ролью становится развитие прочности в первые дни (первые 28 суток)

2CaO*SiO₂ – двухкальциевый силикат, (C₂S) в виде минерала белита - 10-30% Белит медленно реагирует с водой, его роль проявляется на поздних сроках и значительно увеличивается прочность цементной смеси.

Через год после заливки, прочности белита и алита становятся примерно равными.

К минералам-плавням:

3CaO*Al₂O₃ – трехкальциевый алюминат (C₃A) – 2-15 Алюминатная фаза быстро реагирует с водой и может вызывать нежелательное, быстрое схватывание раствора, поэтому к клинкеру добавляют реагенты для контроля схватываемости, обычно применяют гипс.

4CaO*Al₂O₃*Fe₂O₃ – четырехкальциевыйалюмоферрит (C₄AF) 5-20 – целит. По скорости гидратации алюмоферритная фаза является промежуточной между алитом и белитом, и не оказывает влияния на скорость твердения.

Кроме этого – стекловидная масса, преставляющая собой эвтектический раствор, из которого не успели выделиться кристаллы ввиду быстрого охлаждения цементного клинкера (5-12%) .Состоит из невыкристаллизовавшихся ферритов, алюминатов, двухкальциевого силиката и др.

Добавки к портландцементу:

Гипс СaSO₄∙2H₂O (3-6%), регулирующий скорость схватывания и улучшающий некоторые другие свойства цемента. При В/Ц более 0,4 и пониженных температурах гипс ускоряет схватывание. При повышенных температурах добавка гипса должна быть меньше или вообще отсутствовать.

Кроме гипса, в состав ТПЦ вводят иные добавки, инертные и активные с целью увеличения валового производства ТПЦ. К инертным материалам относят: известняк и кварцевый песок (до 10% по массе), которые улучшают подвижность, но ухудшают седиментационную устойчивость раствора. При повышенных температурах инертные добавки могут стать активными, поэтому их введение во многие цементы не допускается. Активные добавки взаимодействуют с минералами портландцемента или продуктами их гидратации, т.е. являются частью вяжущего. К активным добавкам относятся

Природные, которые в свою очередь делятся на: осадочного и вулканического происхождения:

Добавки осадочного происхождение (не более 10%).

· Диатомиты – горные породы, состоящие из микроскопических панцирей диатомовых водорослей

· Трепелы – горные породы, состоящие из округлых зерен

· Опоки – диатомиты и трепелы (эти три добавки содержат оксид кремния в аморфном состоянии)

· Глиежи – породы, образующиеся при природном обжиге глины (подземные пожары и т.п.)

Добавки вулканического происхождение (не больше 20%)

Пеплы, туфы, пемзы, трассы.

Искусственные или добавки техногенного происхождения:

· Кремнеземистые отходы – после извлечения алюминия из глины

· Обожжённые глины – искусственный обжиг глиняных пород и самовозгорания в отвалах шахтных пород

· Топливные золы и шлаки – сжигание некоторых видов углей, где преобладают кислотные оксиды

· Доменные гранулированные и электротермофосфорные шлаки.

Органические добавки (поверхностно-активные вещества) :

Гидрофильно-пластифицирующие – добавки, повышающие смачиваемость цементного порошка водой, состоящие в основном из кальциевых солей, лигносульфоновых кислот с примесью редуцирующих и минеральных веществ. Содержание этих добавок в портландцементах до 0,3% по массе вяжущего вещества.

Гидрофобно-пластифицирующие – добавки, понижающие смачиваемость цементного порошка водой, в качестве таких добавок применяют такие, как:

Мылонафт — мазеобразное вещество, состоящее преимущественно из натриевых солей нерастворимых в воде органических кислот, извлекаемых из отходов щелочной очистки керосиновых, соляровых и других дистиллятов нефти.

Асидол — густая жидкость, смесь нефтяных кислот, извлекаемых из щелочных отходов, образовавшихся при очистке масляных и соляровых дистиллятов нефти.

Асидол-мылонафт — мазеобразное вещество, смесь свободных нерастворимых в воде нефтяных кислот и их натриевых солей.

ГКЖ-94— полиэтилгидросилоксан, также кремнийорганическое вещество. Обычно они поступают потребителям в виде водной эмульсии. Порошковидные материалы имеют обозначение ГКП.

Гидрофобные добавки вводят в количестве 0,06—0,3 % по массе цемента, считая на сухое вещество

При вводе активных добавок увеличивается седиментационная и коррозионная устойчивость, но ухудшается его подвижность и сохранность.