Описание процесса тампонирования скважин
Выбери формат для чтения
Загружаем конспект в формате docx
Это займет всего пару минут! А пока ты можешь прочитать работу в формате Word 👇
ЛЕКЦИЯ 5. Описание процесса тампонирования скважин
Схема течения тампонажной смеси в трещине при тампонировании (рис.8):
Рис.8. Параметры потока тампонажной смеси
2 δ0 - размер ядра потока тампонажной смеси;
δ0 - пол размера ядра потока тампонажной смеси;
τ(δ) - касательные напряжения на стенках трещин;
τ(δ0)- касательные напряжения на границе ядра потока;
ΔР– перепад давления;
b- ширина потока тампонажной смеси.
Принятые допущения:
1) Тампонажная смесь – является высокопластичной системой; =>
2) => течение от одного слоя к другому (плоскопараллельное течение) передается за счёт вязкоститампонажной смеси.
При этом такую систему можно описать уравнением Генки – Илюшина
(1)
- скорость течения ТС относительно оси Y
Ограничения:
Vyz=0 на стенках трещин
Vyz () =const
Тогда для равновесия системы необходимо выполнить условие:
2bL=2bΔР (2)
2bL- реактивная сила
2bΔР- движущая сила
Откуда: L=и L= (3)
Если: = 2
– раскрытие трещины, то
=
Тогда: L = (4)
И окончательный радиус контура растекания тампонажной смеси в трещтне:
(5)
– напряжение тангенсальное или динамическое напряжение сдвига;
Значение Rk=0,5 ÷ 2,5 м – гарантирует надежность тампонажных работ.
Параметры интервала тампонирования
Чтобы выбрать состав, свойства тампонажной смеси, способ тампонирования, необходимо провести оценку параметров интервала тампонирования:
1) Давление гидроразрыва
- то давление, при котором происходит раскрытие трещин, каналов, пор в случае превышения внешнего давления по сравнению с пределом прочности скелета горных пород (ГП), при этом увеличивается проницаемость пор и каналов за счёт смещения пород скелета –гидроразрыва пород (схема процесса гидроразрыва пласта представлен на рис.9).
– давление гидроразрыва
Гидроразрыв – положительный (повышение проницаемости пласта)
Гидроразрыв – нежелательный (за счёт несоблюдения технологического режима тампонирования, спускоподъемных операций происходит разрыв скелета ГП и поглощение тампонажной смеси)
Рис.9. Схема процесса гидроразрыва пласта
Пакер – герметизирующий элемент, ниже него размещается манометр определяющий давление на устье.
Диаграмма давления на устье представлена на рис.10.
Рис.10. Диаграмма давления на устье
Давление на устье - (6)
Давление поглощения - (7)
Если принять, что , то условие недостижения поглощения:
(8)
- давление на устье;
- давление для преодоления сопротивления при движении тампонажного раствора в трубах;
- давление, при котором возникает поглощение;
- давление гидроразрыва;
Рг.ст.- давление гидростатическое
2) Расчётное значение давления поглощения:
(9)
– пластовое давление флюидов;
– боковое давление (за счет геостатичского давления выше расположенных ГП);
(10)
– средневзвешенная плотность,вышезалегающих ГП;
– расстояние от устья скважины до кровли горизонта, в котором происходит поглощение;
– коэффициент бокового распора;
– временное сопротивление скелета ГП при разрыве.
(11)
- коэффициент Пуассона.
3) Радиус контура растекания тампонажного раствора:
Радиус контура растекания представлен на схеме оболочки ТС (рис.11):
Рис.11. Схема оболочки тампонажной смеси
– пластовое давление флюидов, заполняющих трущину;
– давление в скважине при тампонировании (создается насосом при закачивании тампонажной смеси);
– радиус контура растекания;
– раскрытие трещины;
– статическое напряжение сдвига тампонажного раствора;
Θ →д.н.с. (динамическое напряжение сдвига)
Тогда с учетом формулы (5):
(12)
Успех тампонирования зависит от
= 0,5 ÷ 2,5 (м)
4)Трещиннаяпустотностьпород интервала тампонирования
m – характеризует наличие пустот и трещин в интервале тампонирования, которые должны быть заполнены тампонажной смесью.
m= 4,92 (13)
где – коэффициент проницаемости.
5) k – коэффициент проницаемости
при нагнетании воды в интервал тампонирования
(14)
От коэффициента проницаемости зависит радиус влияния скважины (рис.12):
Рис.12. Схема к определению радиуса влияния скважины
Q- дебит, при котором нагнетается вода в пласт;
М-мощьность интервала тампонирования;
∆Р – перепад создаваемого давления на пласт;
- пластическая вязкость воды.
ВИД, СОСТАВ И СВОЙСТВА ТС ЗАВИСЯТ ОТ:
1) Состава и свойств ГП (если ГП скальные – то цементные смеси; если глинистые ГП – цемент невозможен, необходимо использовать глинистые смеси);
2) Температура в интервале тампонирования. Если температура высокая (>50-70), то используются термостойкие томпонажные смеси на основе термостойких цементов или добавок, обусловливающих термостойкость, например - жидкое стекло;
3) Химический состав среды и подземных вод в интервале тампонирования:
Сульфатные ионы (SO4)+2– то используются сульфатостойкие цементы, которые способствуют надёжности в условиях сульфатной агрессии;
4) Давление (пластовое, гидроразрыва, поглощения) оказывают влияние на выбор плотности тампонажной смеси;
5) Степень раскрытия трещин рассчитывается по величине раскрытиятрещин, выбираются параметры и реологическиесвойстватампонажных растворов;
6) Морфология интервала поглощениягранулярный, трещинно-пористый, мелкопористый коллектор, карстовые полости влияют на выбор свойств ТС.
влияет на свойства ТС.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТАМПОНАЖНОЙ СМЕСИ
Основной компонент - вяжущее вещество, которое обеспечивает затвердевание ТС или потерю подвижности после доставки ТС в интервал тампонирования.
Наиболее распространенное вещество - цемент (тонкодисперсное вещество) которое обеспечивает получение цементного камня.
- если без добавок то называется БТМ – базовый тампонажный материал;
- если требуется вводить модифицирующие добавки, то МТМ – модифицированный тампонажный материал МТМ = БТМ + добавки.
ТЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К МАТЕРИАЛАМ МТМ И БТМ
1) Материалы должны быть в тонкодисперсном состоянии, что обусловливает активное взаимодействие с водой (то есть способствует активному протеканию реакцийгидратации);
2) В сухом виде БТМ и химические добавки для получения МТМ не должны вступать в химические реакции, а должны реагировать при добавлении воды;
3) При затворении с водой БТМ и МТМ должны образовывать суспензии, способные к затвердеванию или потере подвижности ТС;
4) Материалы должны совмещаться с добавками и подвергаться модифицированию. Вещества пластификаторы – снижают реологические параметры;
5) Тампонажные материалы должны обеспечивать применение эффективных методов тампонирования.
ОБЩИЙ СОСТАВ ТАМПОНАЖНОЙ СМЕСИ:
В составе тампонажного раствора должны быть следующие компоненты:
1)Вяжущее или теряющее подвижность вещество (цемент, гипс, латекс)
2)Жидкость затворения(полярная жидкость), которая обеспечивает:
-проявление основного действия вещества, например твердения и потерю подвижности;
- доставку ТС в интервалы тампонирования по определенным технологическим схемам (с совместными или раздельным спуском компонентовтампонажных растворов);
3) Добавки (реагенты или др. материалы):
- АКТИВНЫЕ (вступают в хим. и физ. реакции и обусловливают регулирование свойств, применительно к конкретным условиям тампонирования);
-ИНЕРТНЫЕ НАПОЛНИТЕЛИ.
ТЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕК ТАМПОНАЖНЫМ СМЕСЯМ:
1) Сохранение в течение необходимого времени подвижности, чтобы смесь доставить в интервал тампонирования, заполнить поры канала трещины, и обеспечить основное действие компонентов входящих в состав ТС;
2) После доставки в интервал тампонирования, ТС должна проявлять свое основное действие – создавать герметичную преграду на пути движения флюидов или промывочной жидкости;
3) Должна обладать достаточной проникающей способностью, что регулируется составом и реалогическими параметрами ТС;
4) ТС должна обладать седиментационной устойчивостью (против оседания частиц твердой фазы);
5) ТС должна быть восприимчива к химической обработке;
6) Продукты твердения ТС должны быть инертны по отношению к промывочной жидкости и ГП;
7) Должна обладать стойкостью к температуре и давлению;
8) Должна твердеть без усадки (без уменьшения объема);
9) Должна перекачиваться с помощью насосного оборудования, должна эффективно с него смываться;
10) Должна разбуриваться с помощью обычных видов породоразрушающего инструмента.
ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ ТАМПОНАЖНОЙ СМЕСИ:
1) Надёжность;
2) Доступность сырьевой базы;
3) Нетоксичность;
4) Минимальная стоимость;
5) Необходимые сроки хранения без ухудшения свойств.