ВВЕДЕНИЕ 5
1 Общая характеристика Ванкорского месторождения 6
1.1 Криологические условия 6
1.2 Геолого-географические характеристики Ванкорского месторождения 7
1.3 Технология цементирования, применяемая для крепления скважин на
Ванкорском месторождении 10
2 Техника и технологии цементирования, применяемые для крепления скважин
в криолитозоне 11
3 Тампонажные растворы, применяемые в условиях низких положительных и
отрицательных температур 16
3.1 Классификация тампонажных цементов 17
3.2 Требования к свойствам тампонажных растворов для скважин с низкими
температурами 20
3.3 Тампонажные растворы, применяемые для цементирования арктических
скважин 21
3.4 Растворы с применением гипса и добавок-ускорителей 22
3.5 Растворы с применением расширяющих добавок 27
3.6 Тампонажные растворы пониженной плотности 29
3.7 Аэрированные тампонажные цементы 34
3.8 Тампонажные растворы на основе синтетических смол 35
3.9 Тампонажные растворы, применяемые в зарубежной практике для
крепления ствола скважин в интервале ММП 36
4 Тепловыделение при гидратации тампонажного цемента 37
5 Добавки, регулирующие параметры тампонажных растворов в условиях
низких положительных и отрицательных температур 39
5.1 Реагенты, ускоряющие сроки схватывания и твердения цемента 40
5.2 Регуляторы реологических свойств тампонажных растворов 48
5.3 Расширяющиеся добавки 49
6 Схемы цементирования скважин 53
6.1 Одноцикловое цементирование с двумя пробками 53
6.2 Сплошное цементирование с одной (верхней) пробкой 54
6.3 Двухступенчатое (двухцикловое)цементирование 54
6.4 Манжетный способ цементирования 56
6.5 Цементирование потайных колонн и секций 57
6.6 Способ обратного цементирования 58
6.7 Установка цементных мостов 60
6.8 Повторно е (исправленное) цементирование 61
ВЫВОДЫ 62
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 63
Одна из основных бюджетообразующих отраслей России является нефтегазовая промышленность. Поэтому для поддержания уровня добычи углеводородов необходимо вводить в эксплуатацию все больше новых и осваивание старых месторождений. Наибольшее количество уникальных и перспективных месторождений расположено в районах Крайнего Севера Западной Сибири. Для этого района характерно распространение многолетнемерзлых пород (ММП) мощностью более 500 м и температурой иногда достигающей отметки ниже минус 8 С.
Многолетнемерзлые породы (часть криолитозоны) - это горные породы, которые в течение многих сотен лет находятся в замершем состоянии, и обусловлены отсутствием протаивания [1].
Наличие зон ММП обуславливается значительным количеством осложнений и аварий, как при бурении, так и при креплении скважины, что доказывается многолетним опытом отечественных и зарубежных компаний. Такие как кавернообразования, размыв и просадка устья, смятие обсадных колонн, поглощение тампонажного раствора и др. Все эти осложнения происходят из-за расстепление зон ММП.
Решением этих осложнений является качественное, герметичное цементирование скважины. Цементирование скважин - способ крепления скважин, заключающийся в закачивание цементного раствора в затрубное пространство.
Все эти проблемы актуальны и на данный момент. Работы по предотвращению этих осложнений ведутся уже долго время. Предложено уже множество вариантов решений этой задачи, но общей схемы борьбы с растеплением ММП не предложено, и поэтому вопрос с осложнениями остается открытым. Применяемая на Ванкорском месторождении технология, также не решает про блемы с растеплением и обратном промерзанием скважины.
Цель работы:
1) анализ строения криолитозоны Ванкорского месторождения;
2) анализ технологии цементирования, применяемой на Ванкорском месторождении;
3) анализ применяемых технологий для крепления скважин в районах Крайнего Севера;
4) анализ тампонажных растворов, применяемых для цементирования скважин в криолитозоне;
5) влияние тепловыделений на мерзлые породы;
6) влияние химических добавок на свойства тампонажного цемента;
7) постановка задач на дальнейшее исследование тампонажных растворов для низкотемпературных скважин в магистратуре.
1. Проанализированы криологические условия Ванкорского месторождения. Определено [1, 2], что оно относится к жестким условиям, характеризующиеся сплошным распространением толщи льда. Толщина криолитозоны достигает 500 метров. Цементирование в таких условиях проводится с большим риском проявления осложнений.
2. Анализ технологии цементирования, которая применяется на Ванкорском месторождении, показал, что для крепления кондуктора, перекрывающего толщи многолетнемерзлых пород применяют облегченный и тяжелый тампонажный раствор. Его разработала и предложила компания «Халлибуртон». Но возможность осложнений остается не исключенной.
3. Проанализированы рецептуры тампонажных растворов для цементирования скважин в условиях низких положительных и отрицательных температур. Приведена классификация [11] и требования [12] к тампонажным растворов. Выявлено [7, 10, 12, 13 и др.], что тампонажный растор должен быть безусадочный, облегченный, расширяющийся, быстродействующий, иметь высокую сендиментационную устойчивость, малую водоотдачу. А цементный камень должен иметь качественное сцепление с обсадной колонной и стенками скважины, низкую теплопроводность, низкую проницаемость, высокую прочность и коррозийную стойкость.
4. Анализ влияния тепловыделения при гидратации показал, что величина выделения теплоты играет огромную роль. Большая величина тепловыделения приводит к появлению трещин в цементном камне и растеплению мерзлых пород. Последнее ведет к разжижению тампонажного раствора и снижению прочности цементного камня [13].
5. Анализ влияния добавок для регулирования свойств тампонажного раствора показал, что в качестве ускорителя схватывания цемента в основном используют хлориды, такие как хлорид натрия, калия и кальция в количестве 4¬6 %. Для регулирования реологических свойств используют пластификаторы, а также глина, песок и т.д. Предложена [52] пластифицирующая добавка - нитрилотриметилфосфоновая кислота (НТФ). Для расширения применяют добавки на основе сульфатоалмината кальция и на оксидной основе. Также предложено применять известкосодержащие добавки - отходы содового производства [52].
6. Дальнейшее исследование тампонажных растворов для цементирования арктических скважин планируется проводить в магистратуре. По приведённому выше анализу можно сформулировать следующие задачи:
• исследование влияния процесса тепловыделения при гидротации на мерзлые породы;
• исследование и разработка тампонажного раствора, который будет иметь оптимальные свойства для цементирования скважин в криолитозоне. В том числе низкую теплопроводность 0,35 Вт/(м х°С) [43, 47].
