Институт нефти и газа
Скачать 4.53 Mb.
|
| их дисперсный состав и лиофилизируется поверхность, вследствие чего дольше сохраняется активность вяжущих веществ, улучшаются реологические и физико-механические свойства композиционных материалов. Постоянно совершенствуется способ активирования твердения цемента путем ввода пуццоланов [213-218]. В последние годы за рубежом и в России развиваются работы главным образом технологического характера, в которых усилия исследователей направлены на синтез и совмещение с минеральными вяжущими органоминеральных пуццоланов, активирующих процесс твердения. При этом в качестве неорганической части добавки-носителя применяется широкий набор силикатов, алюмосиликатных и карбонатных минералов или отходов производства, а органические модификаторы выбираются чаще всего из класса гидрофобизирующих ПАВ [219]. Модифицирование минеральных добавок позволяет, изменяя природу их поверхности (гидрофильность, заряд, строение двойного электрического слоя, концентрацию поверхностных активированных ансамблей), в широких пределах активировать процесс структурообразования цементных дисперсий и формирование микроструктуры камня. В таких добавках дозированное количество органических веществ - структурообразователей, пластификаторов, турболизаторов - закреплено на высокодисперсном неорганическом сорбенте. При смешении с цементом они равномерно распределяются и сосредоточиваются в местах подвижных межагрегатных контактов пространственной структуры тампонажной дисперсии. Введенные таким способом органические части добавки не оказывают пассивирующего влияния на скорость образования и поверхностную энергию структурно-активных гидратных фаз, играющих важную роль в последующем синтезе прочности цементного камня. Активированию может быть подвергнута не только твердая фаза, но и дисперсионная среда - вода затворения. Известна [220-227] активация воды магнитным полем, которая способствует пластифицированию цементных дисперсий и воздействует на процессы гидратации, позволяя экономить цемент или упрочнять бетон. Исследование микроструктуры цементного камня, полученного на обработанной коротковолновым электромагнитным излучением воде, показало увеличение степени закристаллизованности мелкодисперсных новообразований и уменьшение основности гидросиликатов, интенсивно образующихся в ранние сроки гидратации. Традиционными и тем не менее постоянно совершенствуемыми являются разнообразные физико-механические виды активации дисперсий вяжущих материалов - растворов, бетонных и формовочных смесей в период смешения компонентов, затворения их водой. Наиболее полно изучена и широко применяется виброактивация [227-235] цементных растворов и бетонов, обусловливающая не только повышение прочности и плотности материалов за счет более полного использования вяжущих свойств цемента, его однородного распределения, но и регулирование реологических свойств и кинетики процессов твердения дисперсий. Вибрационная вязкость смеси существенно зависит от вида и активности вибрационного воздействия, величины статических нагрузок. Особенно эффективен массоперенос при вибрации в системе с адсорбционно активной средой, где объемное и изотропное разжижение дисперсии наступает при предельном снижении плотности механической энергии, позволяющее достигать высокого наполнения системы твердой фазой при однородности образующихся дисперсных структур твердения. В последние годы в России и за рубежом интенсивно изучается акустическая и электрогидравлическая обработка дисперсий при их приготовлении. Исследования активации цементного теста аэрогидродинамическими излучателями, проведенное в Днепропетровском инженерно-строительном институте, а также магнитно-механических, электрогидравлических и комплексных термическо-электрических воздействий на тампонажные растворы и бетоны, выполненные в Украинском научно-исследовательском институте природных газов и Харьковском институте инженеров железнодорожного транспорта, показали их эффективность. Предполагается, что кавитационные процессы увеличивают дисперсность частиц, осуществляют разрушение структурных связей и способствуют стяжению системы; в единице объема активизированного цементного камня содержится большее по сравнению с исходным образцом количество двухосновных гидросиликатов типа С  SН(с), наблюдался переход С AН в C AН . При электрогидравлической обработке отмечено ускорение гидратации клинкерных минералов и отсутствие сообщающихся пор в структуре камня [209].При комплексном термическо-электрическом воздействии за счет пропускания переменного тока через дисперсию, изменения в кинетике гидратации и контактообразовании, вызванные электрическим полем, объясняются пульсирующей деформацией двойного электрического слоя частиц новообразований вяжущего при его переменной поляризации, а также появлением потоков ионов в объеме и в пределах двойного слоя. Диспергация частиц цемента наблюдается также при пароразогреве тампонажных растворов (Днепропетровский инженерно-строительный институт) вследствие возникновения растягивающих и сжимающих напряжений за счет периодичности нагревания - охлаждения и прямого механического воздействия струи пара. Такая активация процесса твердения не только ускоряет схватывание, но и способствует созданию мелкокристаллической структуры камня. В рассматриваемом исследовании термическое воздействие оценивается как фактор, увеличивающий прочность камня, вместе с тем следует отметить, что мнения других исследователей по этому поводу противоречивы, видимо, существенную положительную роль играет в данном случае скорость разогрева смеси, состояние системы в период приложения температурного воздействия, энергия механического воздействия и вещественный состав исходной смеси. При исследовании зависимости эффективности активации от продолжительности воздействия показано, что начальная активация должна осуществляться в течение первых минут, более длительное энергичное воздействие может привести к уменьшению достигнутых эффектов упрочнения камня; обосновано применение двухкратной и многократной виброактивации [231-235], время повторной виброактивации назначается чаще всего вблизи начала схватывания смеси, либо между началом и концом схватывания. Многократная кратковременная активация в период формирования структуры обычно дает значительное упрочнение камня в поздние сроки твердения, причем степень упрочнения существенно зависит от параметров вибрации [235]. В последнее время в области приготовления суспензионных препаратов широкое распространение получили роторно-пульсационные аппараты (РПА) различных типов – погружные, проточные и др. Наибольшее распространение имеют РПА проточного типа, рабочие органы которых смонтированы в небольшом корпусе, имеющем патрубки для входа и выхода обрабатываемой среды. Диспергация твердых частиц обеспечивается за счет турбулизации потока прокачиваемой суспензии, вызывающей их соударение. Для повышения эффективности гидроактивации РПА могут иметь дополнительные рабочие органы – лопасти-ножи, установленные на роторе, статоре или корпусе; дополнительные диспергирующие тела, не связанные жестко с основными органами, например – шары, бисера, кольца и др. Учитывая эффективность РПА и в особенности при приготовлении суспензий высокой концентрации, так как при этом измельчение происходит не только за счет конструкции устройства, но и дополнительно, путем интенсивного механического трения частиц дисперсной фазы друг с другом, было принято решение о включении его в технологическую обвязку цементировочной техники при креплении обсадных колонн. Устройство изготовлено в виде отдельного агрегата на базе шасси автомобиля КРАЗ (рисунок 32) и включается в циркуляционную обвязку перед подачей тампонажного раствора в усреднительную емкость. В целях повышения эффективности ранее разработанного РПО предложено в смесительные емкости цементировочных агрегатов установить устройство типа гидросмесителя, который представляет собой лопасти гидромешалки. Продольный вал и поперечные лопасти выполнены полыми. В корпус лопасти вмонтированы гидромониторные насадки, установленные таким образом, чтобы поток истекающей из них жидкости был направлен в одном направлении. За счет этого обеспечивается вращение смешивающего устройства и перемешивание жидкости, дисперсных систем, находящихся в смесительной емкости.  Рисунок 32 – Вид РПА на базе шасси автомобиля КРАЗ В таблице 28 представлены результаты экспериментальных исследований по изучению влияния роторно-пульсационного воздействия на физико-механические свойства тампонажных растворов различного состава. Результаты проведенных исследований показывают, что использование РПА позволило: значительно снизить водоотделение тампонажных растворов (в 3-5 раз). Это явление отмечается и для тампонажного раствора с повышенным водосодержанием (В/Ц=0,7); предел прочности цементного камня в среднем возрастает в 1,5 раза; ускоряется процесс формирования цементного камня (сроки начала схватывания сократились на 10-15 %, конца схватывания на 7-10 %, время загустевания на 6-10 %). В практике подготовке ствола скважины к спуску обсадных колонн, для предупреждения поглощении и нефтегазопроявлении в последнее время находят широкое применение различные методы кольматации проницаемых пластов. Школой Мавлютова М.Р., Кузнецова Ю.С., Полякова В.Н., учитывая положительное влияние импульсов давления на процессы кольматации, разработано несколько вариантов генераторов импульсов давления. По принципу действия они различаются на гидроимпульсные и струйноволновые. В основу первых была положена конструкция генератора (ГВЗ) золотникового типа, принцип работы которого заключается в генерировании в прокачиваемой жидкости гидроударов, путем попеременного открытия и закрытия каналов. Таблица 28 - Влияние гидродинамической активации на физико-механические свойства тампонажных растворов
Окончание таблицы 28
Процесс кольматации в этом случае осуществляется следующим образом. Генератор гидравлических импульсов давления (вибратор) включается в компановку бурильного инструмента. Осуществляется процесс бурения. При подготовке ствола скважины к цементированию перед последним долблением генератор вместе с турбобуром устанавливают над долотом и спускают в скважину. Установив вибратор против проницаемого участка ствола там, где необходимо получить хорошее разобщение пластов, в течение 10-15 мин. проводят обработку этой зоны, прокачивая насосом через вибратор промывочную жидкость и несколько раз поднимая и спуская инструмент на длину ведущей трубы. При этом глинистая корка удаляется со стенок скважины. Кроме того, в результате уплотнения глинистого материала в зоне кольматации снижается проницаемость приствольной части пласта. В дальнейшем глинистая корка, образующаяся на этих местах во время спуска обсадной колонны имеет малую толщину и легко смывается при прокачке буферной жидкости. После этого, наращивая инструмент, обрабатывают следующие интервалы. Недостатками данной конструкции генератора импульсов давления является значительная металлоемкость, наличие вращающихся и трущихся узлов, которые в абразивных средах быстро выходят из строя; сложность использования в компоновки обсадной колонны. Технология струйной кольматации при вскрытии газоносных отложенй большой толщины, представленных порово-кавернозно-трещинным карбонатным коллектором, впервые была применена Поляковым В.Н. и Байраковым М.Н. для совершения гидравлических условий вскрытия продуктивных отложений на Оренбургском и Карачаганакском газоконденсатных месторождениях. Кольматация ствола струями бурового раствора производится через гидромониторную насадку, встроенную в наддолотный переводник при бурении роторным способом или низкооборотными турбобурами. Узел крепления насадки выполняется в гладкой части переводника между муфтовыми резьбами. Конструкция узла крепления и насадка соответствуют применяемым в серийных гидромониторных долотах, например типа Ш-215,9 СЗГВ. Количество и диаметр боковых насадок определяются расчетом в зависимости от проектируемого режима и технологической обработки. Наддолотный переводник с насадкой применяется в компоновке с гидромониторными долотами. При применении в наддолотном переводнике двух насадок (вторая технологическая схема), последние располагаются в корпусе через 180° на расстоянии друг от друга по вертикали, равном диаметру насадки. Расстояние от торца сопла насадки до обрабатываемой поверхности не должно превышать 0,04 м, от насадки до забоя скважины - не более 0,4м. Разработаны две технологические схемы проведения струйной кольматации призабойной зоны ствола скважины. Первая и основная технологическая схема струйной кольматации предполагает осуществление процесса одновременно с углублением забоя скважины. Назначением схемы является регулирование фильтрационных и прочностных характеристик призабойной зоны пород-коллекторов, слагающих ствол скважины, непосредственно при его формировании. Вторая технологическая схема предназначена для кольматации в скрытых бурением проницаемых отложений в процессе проработки ствола скважины. Цель работ - изоляция призабойной зоны пластов аномально низкими и высокими пластовым давлениями, удаление глинистой корки со стенок скважины, подготовка ствола скважины проведению геофизических исследований и креплению. Струйная кольматация ствола по второй технологической схеме производится при равномерной и плавной подаче инструмента сверху -вниз на длину ведущей трубы и последующим наращиванием бурильных груб на глубину от кровли до подошвы кольматационного интервала, что и в случае с генератором импульсов давления золотникового типа. Контроль технологического процесса кольматации ствола при бурении и проработке скважины осуществляется по данным наблюдения за изменением режимных параметров на устье: давления нагнетания бурового раствора, частоты вращения и скорости линейного движения инструмента. Одновременно периодически контролируются параметры бурового раствора и режим его циркуляции. Недостатком этого метода является возможность образования каверн, вследствие разрушения стенок ствола скважины. Оруджевым А. Санниковым Р.Х. и др. было предложено кольматацию ствола скважины осуществлять волновым полем за счет встречно-направленных, по отношению друг к другу, потоков жидкостей, истекающих из гидромониторных насадок. Технология обработки ствола скважины та же. Эффективность данного метода, на наш взгляд, несколько ниже из-за непостоянного поперечного размера ствола скважины, снижения энергии потока, возможности образования застойных зон. Сотрудниками института машиноведения академии наук под руководством Р.Г. Ганиева рекомендованы, для повышения нефтеотдачи, вихревые гидродинамические генераторы, принцип работы которых основан на закручивании потока прокачиваемой жидкости в канале насадки. В этом случае в центральной части возникает разряженная полость паровоздушной среды. На выходе, за счет повышения давления и снижения скорости, происходит схлопывание кавитационной каверны (полости), и таким образом, в потоке прокачиваемой жидкости генерируются гидравлические импульсы давления высокой частоты. Изложенное показывает, что анализируемые работы не рассматривают возможность использования их для гидроактивации тампонажного раствора непосредственно при цементировании скважин, установив их в башмаке обсадной колонны. Можно предполагать, что при прокачивании через данное устройство цементо-водной суспензии, за счет высокочастотных колебаний происходит диспергирование твердой фазы, а скоростной напор струей обеспечивает кольматацию проницаемых пород. В последующем кольматационный экран, в силу химического сродства с тампонажным камнем, способствует герметичности контактной зоны цементный камень - горная порода. Изложенное явилось основанием разработки технологии технических средств для решения поставленной проблемы. Башмак обсадной колонны (рисунок 33) состоит из полого корпуса I с присоединительными резьбами 2. Внизу к корпусу крепится направляющая насадка 3 с центральными 4 и боковыми 5 отверстиями. Сверху к корпусу присоединяется переводник 6 с центральным каналом 7. В переводнике 6 горизонтально установлена насадка 8 вихревого, двухсоплового излучателя с щелевыми, тангенциальными входными отверстиями 9 в камеру 10 и диффузорами 11. Насадка 8 закреплена в стенках переводника 6 прижимными гайками 12 с конусной выточкой 13 и уплотнена кольцами 14. Под прижимными гайками 12 по образующей к корпусу I крепятся центрирующиеся планки 15 в форме полуцилиндров 16, с концевыми поверхностями сфер 17. Башмак устанавливают на нижний конец обсадной колонны. В процессе спуска центрирующие планки 15 предупреждают непосредственный контакт прижимных гаек 12 со стенками скважины и забивку насадки 8 фильтрационной коркой. Тем самым обеспечивается работоспобность вихревого излучателя. В процессе профилактических промывок, а также в процессе цементирования часть жидкости через встречно-направленное потоку тан-генциональное щелевое отверстие поступает в цилиндрический канал вихревой камеры, где получает ускоренно-вращательное движение. При этом в центре камеры формируется разряженная зона - кавитационная полость, заполненная парогазовой фазой. На выходе из диффузора II в зону повышенного давления происходит схлопывание пузырьков и генерирование высокочастных импульсов давления, которые и способствуют достижению желаемых результатов. Другим решением данной проблемы может быть применение устройства, представленного на рисунке 34. Конструкция гидровибратора разработана на принципе работы жидкостного (милицейского) свистка. Суть работы заключается в следующем: струя потока жидкости подается под давлением через сопло на острие закрепленной в двух местах в корпусе башмака пластинки; под ударом струи жидкости пластинка колеблется, излучая два пучка ультразвука, направленных перпендикулярно к ее поверхности. Частота колебаний, возбуждаемых излучателем составляет около 30 кГц. Дополнительно над пластиной размещается металлический шар. Колебания шара, вызванные генерируемыми импульсами способствуют дополнительному механическому воздействию на дисперсную фазу цементно-водной суспензии, повышению ее удельной поверхности.  Рисунок 33 - Башмак обсадной колонны А-А (увеличено) Фигура 2 Фигура 3 Фигура 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Похожие:
 | Кандидат юридических наук, доцент кафедры гражданского процесса и социальных отраслей права юридического факультета Российского государственного... | | Кандидат юридических наук, доцент кафедры гражданского процесса и социальных отраслей права юридического факультета Российского государственного... |
| Проект строительства наклонно направленной добывающей газовой скважины глубиной 3150 м на Ен-Яхинском месторождении | | Геология и геохимия нефти и газа: Электронное Учебное пособие (для вузов) / Под ред. А. Н. Резникова. – Ростов-на-Дону: юфу, 2008.... |
| Физико-химические процессы твердения, работа в скважине и коррозия цементного камня: Учеб пособие для вузов. –Тюмень: Изд-во «Нефтегазовый... | | Методические рекомендации предназначены для студентов всех форм обучения по специальности 240134 Переработка нефти и газа и являются... |
| Далее – Методические указания устанавливают единые требования к расчету стоимости услуг, оказываемых спецтехникой и автомобильным... | | Далее – Методические указания устанавливают единые требования к расчету стоимости услуг, оказываемых спецтехникой и автомобильным... |
| Разработаны: Институтом по проектированию объектов нефти и газа зао «Инжиниринговая компания «КазГипроНефтеТранс», Самарским филиалом... | | «Акционерная компания по транспорту нефти «Транснефть» (оао «ак «Транснефть»), обществом с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский... |