Методические указания по выполнению лабораторных и учебно-исследовательских работ по курсу "заканчивание скважин" (часть II) для студентов очного и заочного обучения специальности "Бурение нефтяных и газовых скважин" (0908)
Скачать 0.53 Mb.
|
Министерство образования российской федерации государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» ИНСТИТУТ НЕФТИ И ГАЗА МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ по выполнению лабораторных и учебно-исследовательских работ по курсу "ЗАКАНЧИВАНИЕ СКВАЖИН" (часть II) для студентов очного и заочного обучения специальности "Бурение нефтяных и газовых скважин" (0908) Тюмень, 2003 Утверждено редакционно-издательским советом Тюменского государственного нефтегазового университета Составители: В.П. Овчинников, д.т.н., профессор А.А. Клюсов, с.н.с. В.Г. Кузнецов, к.т.н., доцент Тюменский государственный нефтегазовый университет, 2003 3. Методы определения показателей физико-механических свойств (качества) тампонажного раствора и камня 3.1. Общие указания к выполнению лабораторных работ. При проведении лабораторных работ по определению физико-механических свойств тампонажных материалов следует придерживаться ГОСТа 1581-85 на тампонажный портландцемент. При приготовлении образцов цементного раствора необходимо придерживаться заданной рецептуры. Для этого следует отобрать среднюю пробу цементного порошка, точно выдерживать водоцементное отношение, тщательно перемешивать цементный порошок с водой. Для стандартных испытаний цементные растворы затворяют на пресной воде. При подборе рецептуры раствора для цементирования конкретной скважины следует применять ту воду, которая будет использована при цементировочных работах. Тампонажный цемент выдерживают в помещении до принятия им комнатной температуры. Для испытания при низких положительных и отрицательных температурах перед затворением тампонажный материал или его компоненты выдерживается в холодильной камере до полного набора необходимой температуры испытания (50,5; 00,5; -20,5 и -50,5°С). Температура жидкости затворения - воды или водных растворов противоморозных добавок при температурах испытания 222 и 30,55°C составляет соответственно 220,5 и 50,5°С, а при температурах твердения 00,5; -20,5 и -50,5°С не превышает 10С. Приготовление тампонажного раствора осуществляется в холодильных камерах. Средой твердения образцов цементного камня при низких положительных температурах служит вода и увлажненный (до 50%) песок, при отрицательных температурах - воздух. Взвешивать тампонажные материалы нужно на технических весах с точностью 1г, реагенты на лабораторных весах - с точностью до 0,01 г. Отмерить жидкость объемом до 100 см3 с точностью до 0,1 см3 и более с точностью до 0,5 см3. Масса жидкости затворения при заданном водоцементном отношении включает добавки реагентов, массовая доля каждого из которых берется в процентах от массы тампонажного цемента в пересчете, на сухое вещество. Отклонения в результатах параллельных измерений не должны превышать 15% от среднего значения. 3.2. Приготовление тампонажного раствора. 3.2.1. Аппаратура - весы типа ВДКТ - 2 кг по ГОСТ I949I-74; - мерный цилиндр 500 см3 по ГОСТ 1770-74; - сито № 90 с сеткой 09 по ГОСТ 3584-73; - чашка сферическая, лопатка для затворения по ГОСТ 310.3-76;. - для механизированного приготовления раствора необходима мешалка, объем которой 1000±10 см3, частота вращения 1000±100 об/мин; - секундомер по ГОСТ 5072-72. 3.2.2. Просеивают пробу тампонажного цемента на сите № 90. 3.2.3. Отвешивают цемент. Масса просеянной пробы при одном затворении составляет при определении растекаемости и сроков схватывания 500 г, предела прочности 1600 г, времени загустевания 800 г, плотности цементного теста 500 г. 3.2.4. Отмеривают воду для затворения в соответствии с заданным водоцементным отношением. Сделав углубление в цементе, вводят в него в один прием воду. Отмечают время по часам. Перемешивание воды с цементом начать после прекращения выхода пузырьков воздуха из смеси. Продолжительность перемешивания должна составлять 3 мин 5 с. Перерывы при перемешивании не допускаются. 3.3. Определение показателей физико-механических свойств тампонажного раствора и камня при низких положительных, отрицательных температурах, и атмосферном давлении. 3.3.1. Определение растекаемости тампонажного раствора. Аппаратура: "конус" АзНИИ (рис.1). Конус АзНИИ состоит из усеченного конуса 1, имеющего внутренний диаметр верхнего основания 360,5 мм, нижнего 640,5 мм, высоту 600,5 мм, объем - 120 см3 и столика 2, на котором имеется шкала в виде концентрических окружностей, нанесенных через 5 мм. Столик с помощью регулировочных винтов 3, служащих одновременно опорами прибора, устанавливается в горизонтальное положение. Внутренняя поверхность конуса должна быть отполирована. Установить столик в горизонтальное положение. Накрыть его чистой, сухой стеклянной пластинкой. Конус поместить в центральной окружности шкалы. По пункту 3.2. приготавливают тампонажный раствор заданного состава и вливают его в конус вровень с верхним торцом.  1 - конус, 2 - диск со шкалой, 3 - установочный винт Рис.1. Конус AзНИИ Конус плавно поднимают вертикально вверх. Цементный раствор растекается по стеклу. С помощью шкалы определяются наибольший и наименьший диаметры круга расплыва раствора в двух взаимно перпендикулярных направлениях и вычисляют с точностью до 0,5 см средний диаметр. Этот средний диаметр круга расплыва характеризует растекаемость раствора. 3.3.2. Определение плотности тампонажного раствора. Аппаратура: В промысловой практике для определения плотности тампонажного раствора используются ареометры. АГ-1, АГ-2, АГ-3 ПП (рис.2). Прибор АГ-2 отличается от АГ-1 пределом измерения: одна шкала от 0,9 до 1,7 г/см3, другая от 1,6 до 2,4 г/см3. АГ-ЗПП отличается материалом. Он изготовлен из полиэтилена. При его использовании в результат измерения вносится поправка на плотность воды.  1 - стакан, 2 - груз, 3 - шкала. Рис.2. Ареометр Порядок испытаний: - проверить ареометр на воде, - приготовить тампонажный раствор заданного состава. Заполнить им стакан прибора и определить плотность. При плотности тампонажного раствора более 1800 кг/м3 груз 2 снять. Промыть прибор и протереть насухо: - источником ошибок определения истинной плотности раствора может быть загрязнение воды (плотность воды в бачке не должна отличаться более 3 кг/м3), вовлечение воздуха в цементный раствор при его приготовлении, неисправность прибора, пузырьки воздуха задерживающиеся не торцевых поверхностях и углублениях в деталях прибора. 3.3.3. Определение сроков схватывания. Принцип метода заключается в том, что в исследуемый цементный раствор с заданной постоянной высоты периодически погружают иглу определенной массы и диаметра. По мере роста прочности структуры раствора сопротивление погружения иглы в него возрастает и наступает момент, когда игла не в состоянии погрузиться. Время, прошедшее от момента затворения тампонажного раствора до момента, когда игла, погружаемая в раствор, не доходит на 1-2 мм до основания формы, условно называют началом схватывания. Время, прошедшее от момента затворения тампонажного цемента до момента, когда игла погружается в образец не более чем на 1 мм, условно называю концом схватывания. За момент затворения принимается момент ввода воды в цемент. Аппаратура: - прибор ВИКа (рис.3) состоит из металлического стержня, свободно перемещающегося в вертикальной обойме скважины. Для закрепления стержня на желаемой высоте имеется зажимной винт 2. В нижнюю часть стержня ввинчивается стальная игла 3 диаметром 1,1 мм и длиной 60 мм. Вес стержня должен быть равен 300± 2 г. На станине укреплены шкала 4 с делениями от 0 до 40 мм. Коническое кольцо 5 для цементного раствора имеет внутренний диаметр верхнего основания 655 мм, нижнего - 755 мм, высоту - 400,5 мм. Под кольцо подкладывается пластинка, сверху кольцо также накрывается пластинкой; - термостат, представляющий теплоизолированную емкость с водой, температура которой поддерживается автоматически на заданном режиме с, точностью +2°С. Мощность нагревателя должна обеспечить максимальную температуру нагрева рабочей среды до 90°С. Разность температур в двух точках образца не должна превышать 2% от режимной температуры: - подставка стеклянная, квадратная со стороной 90 мм, служит для установки кольца ВИКа в термостат; - масло индустриальное И50-Д - секундомер Проведение испытания: - -рабочие поверхности кольца ВИКа и подставки смачивают маслом для уменьшения адгезии тампонажного камня; - заполняют термостат водой на 100 мм выше решетки, устанавливает датчиком терморегулирующего устройства режимную температуру, и включают нагрев. После прогрева воды в термостате приготовить раствор и заполнить кольцо ВИКа доверху. Отметить по часам время в момент ввода воды в цемент, через некоторое время снять насадку с кольца и срезать убыток раствора вровень с краями кольца. Накрыть кольцо пластинкой и установить на решетку в термостат. Продолжительность операций от момента затворения до момента помещения образца в термостат не должна превышать 10 мин. - первый замер производят по истечении запланированного времени. Перед погружением нижний торец иглы устанавливают на одной вместе с верхним уровнем образца раствора. Опустив стопор, дают возможность игле свободно погружаться в образец, наблюдая по шкале, на сколько миллиметров она не достигла основания. Погружение повторяют дважды, занося в журнал среднее арифметическое значение и время замера. В процессе опыта следует оберегать образец от толчков, а иглу от искривления. .  1 - стойка, 2 - винт, 3 - игла, 4 - шкала, 5 - конус Рис.3. Прибор ВИКа После каждого погружения иглу протирает досуха, погружают ее каждый раз в новое место на одинаковом расстоянии от стенки кольца. Интервалы между последующими замерами зависят от интенсивности структурообразования. Чем больше разница между смежными результатами измерений, тем короче должен быть интервал времени между замерами. Если время начала и конца схватывания не зафиксировано, то оно определяется, экстраполяцией по полученным результатам. 3.3.4. Измерение консистенции и срока загустевания цементного раствора. Аппаратура: - консистометр КЦ-5, представляющий собой своеобразную механическую мешалку. Консистометр КЦ-5 (рис.4) состоит из стакана для цементного раствора 1 приводимого во вращение электродвигателем 3 и рамки с лопастями 2, помещаемой внутрь стакана. При вращении стакана, заполненного цементным раствором, между раствором и лопастями возникают силы трения, приводящие к повороту рамки и закручиванию калиброванной пружины. Шкала консистометра 9 градуирована либо в единицах консистенции, либо в градусах, соответствующих углу закручивания измерительной пружины. В последнем случае к консистометру прилагают тарировочную кривую с зависимостью между углом закручивания пружины в градусах и единицам консистенции (Пас). Время, в течении которого условная вязкость образца тампонажного раствора достигает - 30 условных единиц консистенции от начала его перемешивания, называют временем загустевания. Начальную консистенцию тампонажного раствора определяет через 20 мин. испытания. Цементный раствор считается достаточно подвижным, если его начальная консистенция не превышает 10-15 у.е. Методика испытания: - при подготовке консистометра к эксперименту следует провести его холостой пуск. В рабочем положении рамка с лопастями не должна касаться внутренней поверхности вращающегося стакана, что подтверждается нулевым отчетом по шкале при включении двигателя и остановки (условный нуль соответствует 5 у.е.); - снимают стакан и заливают в него до риски на внутренней поверхности тампонажный раствор (готовят 650 см3);  1 - стакан, 2 - рамка, 3,- электродвигатель, 4 - редуктор, - кронштейн, 6 - станина, 7 - нагреватель, 8- водяная баня, 9 - шкала, 10 - термометр. Рис.4. Консистометр КЦ-5 - стакан фиксируется в рабочем положении с помощью байонетного замка; - снаружи устанавливают электронагревательное устройство, заполненное необходимым количеством воды; - время от момента затворения тампонажного материала до момента пуска прибора должно пройти не более 5 мин; - скорость нагревания контролируют по показателям термометра и регулируют путем изменения напряжения питания электронагревателя. Интенсивность нагрева устанавливают в соответствии с заданием на испытание обычно 0,6-2,5°С в мин.; - после включения электродвигателя и системы нагрева через каждые 5 мин, записывают температуру раствора и показания по шкале прибора; - процесс измерения заканчиваются при достижении консистенции раствора 50 у.е. В расчет принимается время от момента включения привода стакана (при условном нуле равном 5 у.е.) до момента достижения основной вязкости 35° ВУ Точность расчета 5 мин. 3.3.5. Определение седиментационной устойчивости тампонажного раствора. Аппаратура: мерный цилиндр 250 см3; секундомер; Проведение испытания; - приготовленный тампонажный раствор вливают в мерные цилиндры, которые накрывают фильтровальной бумагой и оставляют в покое на 2 час; - по истечении указанного срока по шкале каждого цилиндра замеряют объем отделившейся дисперсионной среды; - седиментационную устойчивость тампонажного раствора характеризуют коэффициентом водоотделения (Кв), под которым понимается отношение объема выделившейся воды к объему исходного тампонажного раствора. Кв = (V1 - V2)/V1 где: V1 - объем налитого в мерный цилиндр цементного раствора, см3; V2 - объем цементного раствора, осевшего за 2 часа покоя,см3. Цементный раствор считают седиментационно устойчивым, если коэффициент водоотделения не превышает 2 %. 3.3.6. Измерение водоотдачи цементного раствора. Способность цементного раствора удерживать воду при наличии фильтрующей среды и перепада давления характеризуется скоростью водоотдачи. Аппаратура: прибор ВМ-6; секундомер. Порядок испытания: - собирают фильтрационный узел прибора ВМ-6. При этом на решетку накладывают два кружка фильтровальной бумаги, слегка смоченных водой; - приготовляют 300 см3 цементного раствора. После 3-х минутного перемешивания раствор заливают в фильтрационный стакан, так чтобы уровень раствора не доходил до верхнего края горловины на 4-5 мм; - на горловину стакана навинчивают напорный цилиндр и заполняют его машинным маслом. Уровень масла не должен доходить до края цилиндра на 5-10 мм; - в цилиндр вставляют поршень шкалы и устанавливают с помощью игольчатого клапана риску, нанесенную на втулке цилиндра, против нулевого деления шкалы; - вынимают резиновую пробку, в фильтрационном узле и одновременно включают секундомер. По работающему секундомеру отмечают положение риски через 10, 15, 20, 25, 30, 45 с и 1, 2, 3, 5,10 мин с момента открытия пробки; - скорость водоотдачи цементного раствора принято выражать условной величиной - водоотдачей за 30 мин., которая получается путем экстраполяции данных о количестве фильтрата, выделившегося из цементного раствора за указанные выше промежутки времени; - для экстраполяции строится зависимость количества отфильтровавшейся жидкости от времени в двойных логарифмических координатах, которая обычно представляет собой прямую линию. Продолжив эту прямую до пересечения с ординатой, соответствующей 30 мин, получают условную водоотдачу за 30 мин. 3.3.7. Определение предела прочности образцов тампонажного камня Аппаратура: Формы для цементных образцов размерами 4040160 мм. Отклонения поперечных размеров балочек от номинала не должно превышать 0,2 мм. Формы изготавливаются из стали твердостью НРС 40 - 50, - отдельные детали форм для удобства сборки должны быть занумерованы. Продольные и поперечные стенки форм должны быть отшлифованы сверху и снизу и плотно прилегать к отшлифованной поверхности поддона; - шкаф для воздушно-влажного хранения и ванна для водного хранения образцов по СТ СЭВ 3920-82; - прибор для испытания на предел прочности при изгибе цементных растворов - балочек. Для определения прочности при изгибе применяют автоматизированные машины МИИ-100, у которых счетчик показывает результат испытания непосредственно в кгс/см2. Подготовка форм и формирование образцов - балочек: - подготовка форм: для этого следует очистить, смазать маслом и собрать две формы. Герметизировать пластилином места соединений деталей формы. Проверить герметичность форм, наполнив их водой; - формы заполняют тампонажным раствором в два приема: сначала их заполняют наполовину, а затем до верхнего обреза надставки. После загустевания избыток раствора срезают вровень с краями формы; - формы с раствором помещают в термостат или шкаф воздушно-влажного хранения в зависимости от условий твердения, где хранят при заданных значениях температуры. После выхода на режим температура должна поддерживаться с точностью 3°С; - формы с образцами из цемента для низких и нормальных температур попадают в шкаф воздушно-влажного хранения. Через (241) ч с момента изготовления образцы расформировывают, маркируют и погружают в ванну с водой, где хранят до проведения испытаний. Образцы должны храниться в один ряд на расстоянии не менее 1 см один от другого, уровень воды должен перекрывать поверхность образцов не менее чем на 2 см. Воду в ванне следует менять каждые 14 дней; - формы с образцами для умеренных температур покрывают стеклянной или металлической пластинкой и загружают в термостат, прогретый до режимной температуры. Через (241) ч образцы расформировывают и маркируют. Воду в термостате меняют каждые 6 дней, предварительно нагревая ее до температуры 75+3°С; - образцы из цементов, для которых стандартами технических условий установлен срок испытания 1 сут, после расформирований охлаждают в ванне с водой комнатной температуры в течении 2 ч 30 мин. и испытывают. Проведение испытаний: - для испытания используют четыре образца - балочки. Образец - балочку устанавливают на опоры прибора той гранью, которая при формировании образца контактировала с перегородкой формы; Образец - балочка устанавливается на опорные валики 1 машины МИИ-100 (рис.6). С помощью маховика 2 устраняют зазор системы нагружения, таким образом, чтобы указатель на корпусе прибора показывал "0" шкалы. Включают электродвигатель 3, который через редуктор 4 с помощью ходового винта 5 перемещает груз 6 вдоль по раме 7 машины. Рама машины шарнирно соединена с корпусом; По мере перемещения груза по раме возрастает усилие, передаваемое тягой 8 на конец рычага 9 и далее на систему установки образца - балочки; - предел прочности при изгибе расчитывают как среднюю арифметическую величину из трех наибольших значений. Расчет ведется до третьей значащей цифры. Наряду с механическими методами в настоящее время широкое распространение получил ультразвуковой импульсный (неразрушающий) способ контроля прочности и деформативных свойств цемента [7]. Высокая чувствительность акустического метода к изменению структуры твердеющих цементных паст позволяет использовать его как для изучения кинетики процесса структурообразования, так и для оценки прочности по корреляционной зависимости "скорость ультразвука - прочность цементного камня". Аппаратура: - прибор "Бетон-8 УР" или "Бетон-12" конструкции ВНИИЖБ. Проведение испытания: - образцы - балочки протирают ветошью и измеряют штангенциркулем их геометрические размеры; - приборы "Бетон-8 УР" ("Бетон-12") измеряют время пробега ультразвуковых колебаний (Т), мкс; - вычисляют скорость пробега ультразвуковой волны |
Похожие:
 | Методические указания по оформлению контрольной работы, курсовой работы (проекта), выпускной квалификационной работы для студентов... |  | |
| Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение «Нефтегазоразведочный техникум» | | Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине информатика для студентов I курса специальности 080507 IV курса... |
| Назначение ооп бакалавриата, реализуемой вузом по направлению 131000 «Нефтегазовое дело» и профилю подготовки «Бурение нефтяных и... | | Инструкция предназначена для проектных и буровых организаций, а также организаций-заказчиков на строительство скважин |
| Исследование интенсивности движения, с учетом состава транспортного потока. Определение пропускной способности многополосной проезжей... | | Ппр), другой организационно-технологической документации, а также с целью ознакомления (обучения) рабочих и инженерно-технических... |
| Учебно-методическое пособие предназначенодля студентов 3 курса, обучающихся по профессии 23. 01. 03 Автомеханик. Пособие содержит... | | Оказание услуг по восстановлению скважин зарезкой боковых горизонтальных стволов 10-ти скважин янгкм на кустах 104В, 109В, 321В,... |