Особенности крепления арктических скважин

Введение

1 Особенности крепления арктических скважи. нПрисутствие мерзлых пород в геологическом разрезе скважин может вызвать серьезные проблемы, приводящие к таким осложнениям, как межколонные потоки, растепление мерзлых пород, ведущее к обратному промерзанию и смятию обсадных колонн, недоподъем цементного раствора до устья скважины, приустьевые обвалы и т.д. Одной из основных задач цементирования скважин в криолитозоне является создание достаточно герметичной и долговременной крепи путем разработки тампонажного состава с регулированием его теплофизических и технологических свойств.

В интервале мерзлых пород цемент в затрубном пространстве скважины формируется при одновременном воздействии отрицательной температуры - со стороны стенки скважины и положительной - со стороны обсадной колонны. Поэтому, одной из основных задач разработки тампонажных составов для цементирования скважин в интервале распространения мерзлых пород является обеспечение схватывания состава за короткое время до замерзания с быстрым темпом набора прочности, а также отсутствие усадки тампонажного камня, низкой пористости и проницаемости.
Одним из самых распространенных методов повышения прочности тампонажного камня является ввод в цементный раствор тонкомолотые минеральных добавок. Такие ультрадисперсные добавки активно учувствуют в процессе структурообразования цементного камня, уплотняя ее, путем заполнения пространства между частицами цемента.
Анализ теоретических исследований в области гидратационных процессов упрочнения минеральных вяжущих химического и морфологического состава минералов позволил рекомендовать микрокремнезем в качестве добавки к цементу, как компонент, повышающий прочность цементного камня.
Большой интерес ученых, а также вопрос практической и экологической выгоды связан с возможностью использования наносиликата в различных отраслях промышленности, в том числе в строительстве. Производство кремния связано с образованием значительного количества пылевых отходов, которые характеризуются высоким уровнем SiO2 от 85 до 96%. Существующие газоочистные сооружения не могут обеспечить эффективную очистку отработанных газов и утилизацию наносиликата. Около 35 000 тонн мелкой пыли образуется ежегодно при производстве металлургического кремния в России. Из-за этого хранения на шламовых полях возникают значительные экономические потери, связанные, во-первых, со стоимостью хранения, а во-вторых, с упущенной выгодой от их промышленного и строительного использования. Утилизация и использование пылевых отходов производства кремния рекомендуется рассматривать как одно из важных направлений в экономике и повышении экологической безопасности прилегающих хранилищ.
В настоящее время известно, что микрокремнезем широко используется строительстве, для изготовления прочного бетона. Указывается, что 1 кг микрокремнезема обеспечивает такую же прочность, как 5 кг портландцемента. Кремниевая пыль в составе тампонажного раствора-камня улучшает такие характеристики, как прочность на сжатие и изгиб, адгезию, износостойкость, морозостойкость и химическая стойкость, а также значительно снижает проницаемость и пористость цементного камня.
Микрокремнезем является высокоактивной пуццолановой добавкой к цементу с мелким гранулометрическим составом, который при взаимодействии с цементным раствором, создает условия для превращения хрупкого гидроксида кальция (образующегося при смешивании цементной смеси с водой и гидратирующим клинкерным материалом) в кристаллический силикат кальция. Микрочастицы заполняют пространство, которое выделяется водой. Соответственно, плотность композиции увеличивается, что, в свою очередь, также увеличивает ее прочность.
Для обеспечения безусадочной крепи скважины в состав вводятся расширяющие добавки. Исходя из трех известных видов расширения тампонажных растворов – оксидного, сульфоалюминатного и с добавление газовыделяющих компонентов, наиболее подходящим для условий крепления скважин является оксидный. Расширение, происходящее за счет оксидов кальция или магния, является максимальным при минимальной концентрации добавки.
В качестве расширяющегося материала вводится оксид кальция в количестве 5-7%. При введении добавки более 7% начинает снижаться прочность цементного камня на изгиб.
Для ускорения сроков схватывания, необходимых при цементировании скважин в мерзлых породах, в состав вводится 4% хлорида кальция. 4%-ый во дный раствор хлорида кальция обладает высокой скоростью тепловыделения в начале реакции гидратации при минимальном количестве выделяющегося тепла в целом. CaCl2 более чем 4% в составе может вызвать большее растепление мерзлых пород в следствие своей экзотермической реакции, а также коррозию металла. Тампонажные составы, затворяемые на таком рассоле, не замерзают при температурах до -100С, при этом сохраняя подвижность раствора в пределах необходимого для продавливания в затрубное пространство времени.
Методика приготовления тампонажного раствора осуществляется следующим образом: оксид кальция, микросилика и портландцемент ПЦТ-1-50 смешиваются в сухом виде, а 4%-ый водный раствор хлорида кальция используется в качестве жидкости затворения с водоцементным отношением 0,5. Затем, в готовую смесь, для обеспечения необходимой прокачиваемости раствора, добавляется пластификатор.
2 Смятие обсадных колонн в интервале залегания мерзлых горных пород. Обязательным условием повышения долговечности крепи скважин в криолитозоне является качественное цементирование обсадных колонн. В настоящее время отечественная промышленность не располагает серийно выпускаемыми тампонажными материалами для указанных условий. В практике строительства скважин на месторождениях Крайнего Севера применяются обычные тампонажные портландцементы, модифицированные различными добавками, которые зачастую не решают указанную проблему. Предложено использовать для цементирования обсадных колонн в интервале низких положительных и отрицательных температур тампонажный низкотемпературный седиментационноустойчивый безусадочный цемент (ЦНУБ), состоящий из клинкера тампонажного портландцемента, твердого остатка содового производства (в соотношении 9:1) и добавкиинтенсификатора помола ЛСТМ-2. Для приготовления тампонажного раствора вводится комплексная добавка химреагентов – пластификатора НТФ (0,07- 0,13 %) и ускорителя схватывания Na2СО3 в количестве 3,8-5,0 %. При этом водотвердое отношение составляет 0,37-0,50. На многих месторождениях Крайнего Севера ниже криолитозоны находятся пласты с низким давлением гидроразрыва, что требует применения для цементирования обсадных колонн, перекрывающих эти пласты, облегченных тампонажных цементов, способных твердеть в условиях отрицательных температур. Обычно для понижения плотности тампонажных растворов используют различные добавки глинопорошка, вермикулита или микросфер, которые, являясь инертными по отношению к цементу, не участвуют в процессе структурообразования.
В связи с этим, в качестве облегчающей добавки к тампонажным материалам для низкотемпературных скважин рекомендованы цеолиты, в частности, клиноптилолит (Na, K)4 CaCl6 Si30O12 24H2O, являющийся, в отличие от других кремнеземистых и алюмосиликатных минералов, микропористым каркасным силикатом. Замещение части кремния Si4 на алюминий приводит к появлению на их внешней поверхности избыточного отрицательного заряда.
Активное действие цеолитосодержащей добавки основывается на том, что наличие заряда на внешней поверхности способствует взаимодействию частиц с составляющими портландцемента, а капиллярные силы–связыванию значительного количества воды затворения. Разложение нестабильных гидратных новообразований осуществляется полнее и быстрее, поскольку оно происходит на свободных граничных поверхностях, обращенных к жидкой среде, а не во внутрь конгломератов частиц, что оказывает положительное влияние на скорость гидратации вяжущего, способствуя раннему разрушению термодинамически неравновесных контактов и построению объемной сетки с более равномерным распределением гидратных фаз. В результате образуется структура цемента с высокими прочностными и изоляционными свойствами. Таким образом, цеолит является структуроактивным компонентом системы, ускоряющий процессы твердения, снижающий контракцию цементного камня в период схватывания и раннего твердения.
Список использованной литературы: 1. Бушуев В.В., Крюков В. Нефтяная промышленность России — сценарии сбалансированного развития. М.: ИАЦ Энергия, 2010. 160 с.
2. Грек А. Невидимый флот. Из Варяг — в Азию // Популярная механика. 2006, май.
3. Оруджев С.А. Глубоководное крупноблочное основание морских буровых, М.: 1962.
4. Оруджев С.А. Проблемы, связанные с расширением существующих возможностей бурения на нефть и газ и их добычи при больших глубинах воды и неблагоприятных морских условиях. VIII Мировой нефтяной конгресс. М.: 1971.
5. Строганова П. «Приразломная» хочет все усложнить. Режим доступа: http:// rbcdaily.ru/industry/562949987664205. (дата обращения 28.06.2020)