ВВЕДЕНИЕ 14
ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 16
1.1. Традиционные системы облегченных тампонажных растворов на основе
портландцемента 18
1.2. Воздухововлекающие добавки и их применение 26
1.3. Обоснование для разработки тампонажного раствора с хорошими
фильтрующими свойствами 33
1.4. Выводы по главе 1 36
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ. ОБОРУДОВАНИЯ 39
2.1. Методика определения растекаемости раствора 39
2.2. Методика определения плотности раствора 40
2.3. Методика определения времени загустевания раствора 41
2.4. Методика определения водоотделения раствора 43
2.5. Методика определения водоотдачи раствора 43
2.6. Методика определения прочности при изгибе образцов цементного камня 44
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 47
3.1. Результат испытания облегченных тампонажных растворов с
использованием бентонита 48
3.2. Результат испытания облегченных тампонажных растворов с
использованием микросфер 50
3.3. Изучение влияния добавок полисахаридов на свойства разработанных
облегченных тампонажных растворов 55
ГЛАВА 4. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 60
4.1. Затраты на амортизационные отчисления 60
4.2. Затраты на приобретение материалов 61
4.3. Затраты на оплату труда 62
4.4. Затраты на страховые взносы 63
4.5. Определение ресурсной эффективности 64
ГЛАВА 5. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 67
5.1. Производственная безопасность 67
5.2. Экологическая безопасность 78
5.3. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 81
5.4. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 87
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 92
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 94
РЕФЕРАТ
Выпускная квалификационная работа содержит 96 с., 6 рис., 22 табл., 35 литературных источников.
Ключевые слова: цементирование скважин, облегченные тампонажные растворы, облегчающие добавки, воздухововлекающие добавки, полые микросферы, цементный камень, фильтрация тампонажных растворов.
Объектом исследования являются облегченные тампонажные растворы.
Цель работы - разработка цементных тампонажных растворов с повышенной прочностью, пониженной плотностью и водоотдачей, эффективных для цементирования нефтяных и газовых скважин.
В процессе исследования проводились литературный обзор традиционных систем облегченных тампонажных растворов, свойств современных воздухововлекающих добавок - полых микросфер и их применения в рецептурах тампонажных смесей, подбор рецептур модельных облегченных тампонажных растворов, исследование свойств модельных облегченных тампонажных растворов с использованием полых микросфер, изучение влияния гидроксиэтилцеллюлозы ГЭЦ-400 на свойства разработанных облегченных тампонажных растворов.
В результате исследования показали, что применение полых микросфер позволяет эффективному снижению плотности тампонажных растворов, полученный тампонажный раствор имеет хорошую подвижность, и формируемый цементный камень обладает высокой прочностью. Введение реагента ГЭЦ-400 с оптимальной концентрацией в разработанные тампонажные смеси дает возможность получить облегченные тампонажные растворы, обладающие повышенной прочностью и пониженной водоотдачей, эффективные для цементирования нефтяных и газовых скважин.
Область применения: цементирование скважин.
В будущем планируется подбор рецептуры облегченных тампонажных растворов с использованием полых стеклянных микросфер, исследование их свойства, продолжение испытания разработанных тампонажных растворов с целью поиска оптимальной концентрации ГЭЦ-400 для каждой рецептуры цементных растворов, поиск других реагентов для совершенствования свойства цементного камня, испытание свойств обработанных цементных растворов при условиях давлений и температур, равных условиям в скважине, проведение цементирования скважины в полевых условиях полученными тампонажными растворами, оценка качества их применения.
Актуальность темы исследований. Тампонажный портландцемент и растворы на его основе уже более ста лет применяются для крепления нефтяных и газовых скважин. Цементный раствор заполняет заколонное и межколонное пространство, твердеет и превращается в практически непроницаемый камень. От этой важной операции зависит эффективность и надежность скважины при ее эксплуатации.
В последние годы увеличиваются объемы бурения скважин в новых регионах с очень усложненными геологическими условиями, особенно в регионах, характеризующихся пониженными температурами в верхней части разреза в условиях ММП (многолетних мерзлых пород), высокими забойными температурами и слабосвязанными горными породами с АНПД (аномальнонизкими пластовыми давлениями). При цементировании в этих регионах возможно происходить поглощение тампонажного раствора, что вызывает его недоподъем до устья скважин. Решением этой проблемы является применение облегченного тампонажного раствора с необходимой и стабильной плотностью, подходящего конкретным условиям региона.
Однако, применение облегченных тампонажных растворов, приготовленных на основе традиционных облегчающих наполнителей, не всегда дает решение требуемой задачи согласно высококачественному креплению, так как при повышенном давлении в скважине происходит разрушение облегчающих добавок, плотность раствора сильно увеличивается, и он становится непрокачиваемым. По причине этого, использование тампонажных материалов с применением воздухововлекающих добавок, в том числе полых микросфер позволяет решить проблему по строительству долговечных и эффективных скважин.
Одним из проблем, возникающих при цементировании пластов с аномально низкими пластовыми давлениями, является загрязнение пластов фильтратом тампонажного раствора, это вызывает отрицательное влияние на продуктивные свойства этих пластов, особенно при загрязнении интервала
продуктивного пласта происходит снижение дебита скважин в процессе их эксплуатации. Поэтому кроме того приобретения хороших показателей по плотности, однородности, растекаемости, и прочности тампонажные растворы должны обладать лучшими фильтрационных свойств с целью сохранения продуктивного пласта от загрязенения.
Цель работы. Основной целью магистерской работы является разработка цементных тампонажных растворов с повышенной прочностью, пониженной плотностью и водоотдачей, эффективных для цементирования нефтяных и газовых скважин.
Основные задачи. Для решения поставленных целей работы необходимо решить следующие задачи:
1. Провести обзор российских и зарубежных литератур по разработкам и исследованиям современных облегченных тампонажных растворов, в том числе облегченные тампонажные растворы с применением воздухововлекающих добавок, для анализа их свойств, характеристик и различных рецептур.
2. Разработать рецептуры модельных облегченных тампонажных растворов, соответствующих стандарту ГОСТ 1581-96 «Портландцемент тампонажный. Технические условия».
3. Провести исследование свойств модельных облегченных тампонажных растворов с использованием воздухововлекающих добавок.
4. Совершенствовать разработанные рецептуры путем введения в состав тампонажной смеси добавок, понижающих фильтрацию раствора.
Объект исследования - облегченные тампонажные растворы.
Предмет исследования - современные воздухововлекающие добавки - микросферы.
Методы и средства исследования. При написании данной работы были применены такие методы научного исследования, как изучение научной литературы, аналитические и экспериментальные методы.
В работе изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований облегченных тампонажных растворов с использованием воздухововлекающих добавок, именно с применением микросфер. В процессе проведения работы были приведены подбор рецептуры облегченных тампонажных растворов на основе алюмосиликатных и перлитовых микросфер с целевой плотностью, исследование их свойств и свойств цементных камней, получаемых из них, также проводили изучение влияния добавки, понижающих фильтрацию, на свойства разработанных облегченных тампонажных цементов. Основные выводы и практические результаты диссертационного исследования заключаются в следующем:
• при цементировании в зонах, характеризующих осложненными условиями, имеющих аномально низкие пластовые давления, для предупреждений поглощения и осложнения в процессе цементирования целесообразно применяют легкие и облегченные тампонажные растворы;
• в настоящее время из наиболее известных облегчающих добавок, самыми эффективными являются полые микросферы. Использование полых микросфер позволяет получить облегченные тампонажные растворы, обладающие более низкой плотностью и меньшей водопотребностью по сравнению с традиционными облегчающими добавками;
• облеченные тампонажные растворы с полыми микросферами имеет повышенную прочность и трещиностойкость камня, что дает возможность исключить повторные изоляционные работы после перфорации колонны. Формируемый камень также обладает прочным сцеплением с обсадной трубой и горными породами, это обеспечивает надежную герметичность затрубного пространства;
• благодаря низкой теплопроводности микросферы способствуют получению облегченных тампонажных растворов, эффективно защищающих многолетние мерзлые породы от растепления, за счет того они нашли широкое применение при креплении скважин в криолитозоне;
• при добавлении гидроксилэтилцеллюлозы, фильтрационные свойства облегченных тампонажных растворов улучшаются, его
седиментационная устойчивость повышается, причем прочносностные характеристики цемента еще остаются высокими значениями. Тогда облегченные тампонажные растворы на основе полых микросфер с добавкой гидроксилэтилцеллюлозы обладают пониженной водоотдачей, повышенной прочностью и трещиностойкостью, ими эффективно используют при цементировании скважин во всех условиях.
В будущем планируется подбор рецептуры облегченных тампонажных растворов с использованием полых стеклянных микросфер, исследование их свойства, продолжение испытания разработанных тампонажных растворов с целью поиска оптимальной концентрации ГЭЦ-400 для каждой рецептуры цементных растворов, поиск других реагентов для совершенствования свойства цементного камня, испытание свойств обработанных цементных растворов при условиях давлений и температур, равных условиям в скважине, проведение цементирования скважины в полевых условиях полученными тампонажными растворами, оценка качества их применения.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
