Описание процесса тампонирования скважин

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) Рп=Ргр - 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-мощность 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 реологические свойства тампонажных растворов; 6) Морфология интервала поглощения гранулярный, 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 реакций гидратации); 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 компонентов тампонажных 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 реологическими 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.