Исследование облегченных тампонажных растворов с использованием понизителей фильтрации на основе гидроксиэтилцеллюлозы
|
ВВЕДЕНИЕ 1
I. ФИЛЬТРАЦИОННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ В ТАМПОНАЖНОМ
РАСТВОРЕ 2
1. Динамическая фильтрация 2
2. Статическая фильтрация 4
3. Регулирование фильтрационных характеристик 5
4. Влияние фильтрации в процессе цементирования скважин 7
II. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ 11
1. Облегченный тампонажный раствор 11
2. Гидроксиэтилцеллюлоза 15
3. Карбоксиметилоксиэтилцеллюлоза 17
4. Другие органические соединения 18
III. ПРИБОРЫ И СПОСОБЫ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ 21
1. Методика определения растекаемости раствора 21
2. Методика определения плотности раствора 22
3. Методика определения времени загустевания раствора 23
4. Методика определения водоотделения раствора 25
5. Методика определения водоотдачи раствора 25
IV. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ 29
1. Определение содержания реагентов 29
2. Исследование механизма работы ГЭЦ 30
3. Исследование механизма работы других понизителей 38
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Приложение 1 78
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 85
I. ФИЛЬТРАЦИОННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ В ТАМПОНАЖНОМ
РАСТВОРЕ 2
1. Динамическая фильтрация 2
2. Статическая фильтрация 4
3. Регулирование фильтрационных характеристик 5
4. Влияние фильтрации в процессе цементирования скважин 7
II. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ 11
1. Облегченный тампонажный раствор 11
2. Гидроксиэтилцеллюлоза 15
3. Карбоксиметилоксиэтилцеллюлоза 17
4. Другие органические соединения 18
III. ПРИБОРЫ И СПОСОБЫ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ 21
1. Методика определения растекаемости раствора 21
2. Методика определения плотности раствора 22
3. Методика определения времени загустевания раствора 23
4. Методика определения водоотделения раствора 25
5. Методика определения водоотдачи раствора 25
IV. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ 29
1. Определение содержания реагентов 29
2. Исследование механизма работы ГЭЦ 30
3. Исследование механизма работы других понизителей 38
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Приложение 1 78
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 85
Контроль фильтрационных характеристик так же важен для успешного цементирования, регуляторы фильтрации были добавлены в тампонажные растворы более 20 лет, и в настоящее время признано, что качество цементирования значительно улучшилось. Действительно, что недостаточное количество понизителя фильтрации часто является ответственной причиной за неудачу первичного цементирования, из-за чрезмерного увеличения плотности раствора в результате ухода фильтрата в проницаемые пласты. Можно сказать, что проникновение воды из цементного раствора оказывается вредным на качество цементирования. Что касается ремонтных работ, проблема заключается в регулировании степени фильтрации, подходящей к перфорационным размерам и природе пластов. Однако, для первичного цементирования и ремонтных работ, очень мало было написано, чтобы подбирать уровень фильтрации или содержание понизителей в тампонажных растворах, необходимые для достижения достойной работы цементирования.
Объектом работы являются понизители на основе эфиров целлюлозы, а предметом - фильтрация тампонажного облегченного раствора и мехнанизмы работы понизителей.
В работе использованы такие методы, как проведение исследований воздействия полимерных понизителей на фильтрационные характеристики тампонажного раствора, литературный анализ поведения ГЭЦ, КМОЭЦ в цементной суспензии.
Теоретическая значимость: рассмотрение физико-химических процессов взаимодействия полимеров с тампонажным растворами и их влияния на фильтрацию тампонажного раствора, анализ механизма работы понизителей позволяет объяснить причину их поведения в растворе, а также судить об эффективности внедрения понизителей нового поколения в буровой практике.
Научная новизна: при рассмотрении результатов экспериментов, можно сравнить эффективность и влияние понизителей на свойства тампонажного
АННОТАЦИЯ
Данная магистерская диссертация посвящена вопросу исследования фильтрации облегченных тампонажных растворов с применением эфиров целлюлозы. В процессе проведения работ проводили подбор рецептуры облеченных тампонажных растворов, испытания их свойств и изучение добавки, понижающих фильтрацию на разработанные тампонажные растворы.
Диссертация состоит из пяти частей: аналитический обзор, разработка методики исследований, экспериментальная часть, финансовый менеджмент и социальная ответственность.
В первой части дипломного проекта рассматриваются фильтрационные характеристики для тампонажного раствора, их методы определения и положение количественных показателей в оценке качества тампонажных растворов. Для оценки фильтрационной характеристики цементных растворов используются два следующих показателей:
- Водоотдача. Цементный растворы, в отличие от глинистых, обладают плохой водоудерживающей способностью, и их водоотдача превышает водоотдачу глинистых растворов в десятки раз.
- Водоотделение. находясь в покое, цементные растворы разделяются на фазы, причем вода, поднимаясь вверх, может промывать в твердеющем растворе каналы, которые не будут зарастать в процессе дальнейшего твердения и способны пропускать через цементный камень пластовые флюиды.
Во второй части диссертационной работы рассматриваются основные материалы для проведения экспериментов в лаборатории, подбор рецептуры облегченных тампонажных растворов с заданной плотностью, изучение химических и физических свойств таких понизителей фильтрации, как ГЭЦ, КМОЭЦ, бентонит, КМК и др.
Во третьей главе описаны методики испытания параметров облегченных тампонажных растворов. В ходе дипломного проекта проведены измерения водоотделения, фильтрации, растекаемость и время загустевания тампонажного раствора, также прочности тампонажного камня.
В четвертой части диссертационной работы приводится анализ и выявление механизма работы многих понизителей фильтрации по полученным результатам экспериментов. В данной работе, чтобы достичь заданной плотности тампонажного раствора 1500 кг/м3, необходимо при средней плотности исследуемого цемента 3000 кг/м3 увеличить В/Ц до 0,9 - 1,0. Для оценки эффективности снижения фильтрации, рассмотрены все необходимые характеристики тампонажного раствора и камня при добавлении понизителей концентрациями от 0,2 до 1% от массы сухого цемента. Также в работе по литературному анализу исследуется механизм работы исследованных добавок, который позволяет объяснить различные поведения полимерных добавок в облегченном тампонажном растворе.
В настоящее время, различные виды полимеров используются в цементном растворе, как многофункциональная добавка для управления фильтрацией в тампонажном растворе. Наиболее часто используемые полимеры являются Г идроксиэтилцеллюлоза (НЕС) и
карбоксиметилоксиэтилцеллюлоза (КМОЭЦ). В ходе данной работы исследуются способность и механизм работы модификаций целлюлозы в качестве понизителей фильтрации в облегченных тампонажных растворах. Потому что при большем количестве воды в цементной суспензии типичные характеристики ГЭЦ полностью показываются в технологических показателях, также можно оценивать их изменение при различных концентрациях добовок. Эти полимеры работают как реагенты, регулирующие загустеванием и увеличивающие вязкость. Полимеры уменьшают потерю жидкости и отделение воды, снижают степень гидратации и усадки раствора и предотвращают миграцию газа. Полимеры представляют себя высокую вязкость в поверхностных условиях, но вязкость начинает уменьшаться с ростом температуры и разлагается при повышенной температуре.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время существует острая проблема некачественного строительства скважин. Под понятием «качество строительства нефтегазовых скважин» понимается способность скважины в течение проектной продолжительности её жизни давать безводную продукцию с проектными дебитами. Соблюдение вышеуказанных условий, в большой мере, зависит от эффективности цементирования скважины и долговечности крепи.
С развитием технологии бурения и непрерывной разведки нефти и газа, глубина скважины увеличивается, некоторые проблемы, возникшие в процессе бурения глубоких скважинах, до сих пор ещё существуют и влияют на качество цементирования их. Качество цементирования глубоких и сверхглубоких скважин обычно не удовлетворяет техническим и технологическим требованиям из-за многих факторов, таких как длинный участок открытого ствола, влияние множественного вида давлений, высокая температура и давление. Для того, чтобы решить проблему цементирования глубоких и сверхглубоких скважин, были исследованы замедлитель и понизитель фильтрации.
Объектом работы являются понизители на основе эфиров целлюлозы, а предметом - фильтрация тампонажного облегченного раствора и мехнанизмы работы понизителей.
В работе использованы такие методы, как проведение исследований воздействия полимерных понизителей на фильтрационные характеристики тампонажного раствора, литературный анализ поведения ГЭЦ, КМОЭЦ в цементной суспензии.
Теоретическая значимость: рассмотрение физико-химических процессов взаимодействия полимеров с тампонажным растворами и их влияния на фильтрацию тампонажного раствора, анализ механизма работы понизителей позволяет объяснить причину их поведения в растворе, а также судить об эффективности внедрения понизителей нового поколения в буровой практике.
Научная новизна: при рассмотрении результатов экспериментов, можно сравнить эффективность и влияние понизителей на свойства тампонажного
АННОТАЦИЯ
Данная магистерская диссертация посвящена вопросу исследования фильтрации облегченных тампонажных растворов с применением эфиров целлюлозы. В процессе проведения работ проводили подбор рецептуры облеченных тампонажных растворов, испытания их свойств и изучение добавки, понижающих фильтрацию на разработанные тампонажные растворы.
Диссертация состоит из пяти частей: аналитический обзор, разработка методики исследований, экспериментальная часть, финансовый менеджмент и социальная ответственность.
В первой части дипломного проекта рассматриваются фильтрационные характеристики для тампонажного раствора, их методы определения и положение количественных показателей в оценке качества тампонажных растворов. Для оценки фильтрационной характеристики цементных растворов используются два следующих показателей:
- Водоотдача. Цементный растворы, в отличие от глинистых, обладают плохой водоудерживающей способностью, и их водоотдача превышает водоотдачу глинистых растворов в десятки раз.
- Водоотделение. находясь в покое, цементные растворы разделяются на фазы, причем вода, поднимаясь вверх, может промывать в твердеющем растворе каналы, которые не будут зарастать в процессе дальнейшего твердения и способны пропускать через цементный камень пластовые флюиды.
Во второй части диссертационной работы рассматриваются основные материалы для проведения экспериментов в лаборатории, подбор рецептуры облегченных тампонажных растворов с заданной плотностью, изучение химических и физических свойств таких понизителей фильтрации, как ГЭЦ, КМОЭЦ, бентонит, КМК и др.
Во третьей главе описаны методики испытания параметров облегченных тампонажных растворов. В ходе дипломного проекта проведены измерения водоотделения, фильтрации, растекаемость и время загустевания тампонажного раствора, также прочности тампонажного камня.
В четвертой части диссертационной работы приводится анализ и выявление механизма работы многих понизителей фильтрации по полученным результатам экспериментов. В данной работе, чтобы достичь заданной плотности тампонажного раствора 1500 кг/м3, необходимо при средней плотности исследуемого цемента 3000 кг/м3 увеличить В/Ц до 0,9 - 1,0. Для оценки эффективности снижения фильтрации, рассмотрены все необходимые характеристики тампонажного раствора и камня при добавлении понизителей концентрациями от 0,2 до 1% от массы сухого цемента. Также в работе по литературному анализу исследуется механизм работы исследованных добавок, который позволяет объяснить различные поведения полимерных добавок в облегченном тампонажном растворе.
В настоящее время, различные виды полимеров используются в цементном растворе, как многофункциональная добавка для управления фильтрацией в тампонажном растворе. Наиболее часто используемые полимеры являются Г идроксиэтилцеллюлоза (НЕС) и
карбоксиметилоксиэтилцеллюлоза (КМОЭЦ). В ходе данной работы исследуются способность и механизм работы модификаций целлюлозы в качестве понизителей фильтрации в облегченных тампонажных растворах. Потому что при большем количестве воды в цементной суспензии типичные характеристики ГЭЦ полностью показываются в технологических показателях, также можно оценивать их изменение при различных концентрациях добовок. Эти полимеры работают как реагенты, регулирующие загустеванием и увеличивающие вязкость. Полимеры уменьшают потерю жидкости и отделение воды, снижают степень гидратации и усадки раствора и предотвращают миграцию газа. Полимеры представляют себя высокую вязкость в поверхностных условиях, но вязкость начинает уменьшаться с ростом температуры и разлагается при повышенной температуре.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время существует острая проблема некачественного строительства скважин. Под понятием «качество строительства нефтегазовых скважин» понимается способность скважины в течение проектной продолжительности её жизни давать безводную продукцию с проектными дебитами. Соблюдение вышеуказанных условий, в большой мере, зависит от эффективности цементирования скважины и долговечности крепи.
С развитием технологии бурения и непрерывной разведки нефти и газа, глубина скважины увеличивается, некоторые проблемы, возникшие в процессе бурения глубоких скважинах, до сих пор ещё существуют и влияют на качество цементирования их. Качество цементирования глубоких и сверхглубоких скважин обычно не удовлетворяет техническим и технологическим требованиям из-за многих факторов, таких как длинный участок открытого ствола, влияние множественного вида давлений, высокая температура и давление. Для того, чтобы решить проблему цементирования глубоких и сверхглубоких скважин, были исследованы замедлитель и понизитель фильтрации.
Из анализа литературного обзора и результатов исследованных экспериментов следует, что фильтрат промывочных и тампонажных растворов является основной причиной загрязнения проницаемых пластов и увеличения водосодержания пластов. Для сохранения коллекторских свойств призабойной зоны пласта и снижения загрязнения проницаемых пластов необходимо внедрить тампонажные растворы с заданными фильтрационными свойствами при цементировании скважин.
В данной работе специально исследуется способность снижения водоотдачи и водоотделения в облегченном тампонажном растворе, приготовленного из портландцемента ПЦТ-50. Благодаря содержанию большого количества воды в суспензии, можно проще рассмотреть эффективность исследуемых добавок и представить их поведения с механизмами работы.
Широкое применение в тампонажных растворах, как понизители фильтрации, нашли эфиры целлюлозы. Основными из них являются гидроксиэтилцеллюлоза (ГЭЦ) и карбоксиметилоксиэтилцеллюлоза (КМОЭЦ). Водоотдача цементной скспензии при добавке 1% ГЭЦ-400 в почти 6 раз меньше водоотдачи цементного раствора с традиционными добавками.
Для снижения фильтрации необходимо, чтобы адсорбционный слой
был полностью насыщен полимером, а его избыток оставался в
дисперсионной среде (жидкости затворения). При этом снижение скорости
фильтрации и объема фильтрата легко достигается благодаря понизителям
нового поколения, например, как ГЭЦ, КМОЭЦ. В зависимости от
молекулярной массы данные эфиры целлюлозы, отличающиеся вязкостью и
размером полимерных цепей, обладают различной степенью снижения
фильтрации при воздействии с частицами цемента в растворе. По
полученным результатам, ГЭЦ-400 и КМОЭЦ имеют наивысшую
способность удерживания свободной воды в цементной суспензии. Для
76
исследованного цемента ПЦТ-50 концентрация ГЭЦ-400 от 0,4% заметно улучшает показатели фильтрации, а при КМОЭЦ от 0,8%.
Для понизителей старого поколения, их механизм работы заключается в увеличении сопротивления фильтрационной корки, ввиду адсорбции ионогенных полимеров на поверхности твердой фазы, которые уменьшают трение между частицами и их агрегирование, способствуя их уплотнению и получению более сжимаемой фильтрационной корки.
Следует также учесть, что большинство понизителей фильтрации являются одновременно замедлителями сроков схватывания и вызывает уменьшение прочности тампонажного камня.
В данной работе специально исследуется способность снижения водоотдачи и водоотделения в облегченном тампонажном растворе, приготовленного из портландцемента ПЦТ-50. Благодаря содержанию большого количества воды в суспензии, можно проще рассмотреть эффективность исследуемых добавок и представить их поведения с механизмами работы.
Широкое применение в тампонажных растворах, как понизители фильтрации, нашли эфиры целлюлозы. Основными из них являются гидроксиэтилцеллюлоза (ГЭЦ) и карбоксиметилоксиэтилцеллюлоза (КМОЭЦ). Водоотдача цементной скспензии при добавке 1% ГЭЦ-400 в почти 6 раз меньше водоотдачи цементного раствора с традиционными добавками.
Для снижения фильтрации необходимо, чтобы адсорбционный слой
был полностью насыщен полимером, а его избыток оставался в
дисперсионной среде (жидкости затворения). При этом снижение скорости
фильтрации и объема фильтрата легко достигается благодаря понизителям
нового поколения, например, как ГЭЦ, КМОЭЦ. В зависимости от
молекулярной массы данные эфиры целлюлозы, отличающиеся вязкостью и
размером полимерных цепей, обладают различной степенью снижения
фильтрации при воздействии с частицами цемента в растворе. По
полученным результатам, ГЭЦ-400 и КМОЭЦ имеют наивысшую
способность удерживания свободной воды в цементной суспензии. Для
76
исследованного цемента ПЦТ-50 концентрация ГЭЦ-400 от 0,4% заметно улучшает показатели фильтрации, а при КМОЭЦ от 0,8%.
Для понизителей старого поколения, их механизм работы заключается в увеличении сопротивления фильтрационной корки, ввиду адсорбции ионогенных полимеров на поверхности твердой фазы, которые уменьшают трение между частицами и их агрегирование, способствуя их уплотнению и получению более сжимаемой фильтрационной корки.
Следует также учесть, что большинство понизителей фильтрации являются одновременно замедлителями сроков схватывания и вызывает уменьшение прочности тампонажного камня.