Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Анализ современного состояния технологии изоляции затрубного пространства обсадных колонн нефтяных и газовых скважин в условиях коррозионного воздействия на цементный камень 9
1.1. Материалы, используемые для крепления скважин в условиях коррозионного воздействия на цементный камень 9
1.2. Технология изоляции затрубного пространства обсадных колонн нефтяных и газовых скважин 12
1.3. Существующие виды коррозии цементного камня 15
1.4. Основные методы исследования коррозионной стойкости цементного камня 21
1.5. Выводы и постановка цели и задач исследования 34
ГЛАВА II. Методика проведения исследований 37
2.1. Теоретические исследования 37
2.2. Экспериментальные исследования 42
2.3. Обработка результатов экспериментальных исследований 49
ГЛАВА III. Экспериментальные исследования свойств коррозионно-стойких тампонажных суспензий и цементного камня. разработка программного комплекса, обеспечивающего мониторинг физико химического состояния скважинных флюидов в реальном времени 53
3.1. Постановка задач экспериментальных исследований 53
3.2. Исследование и анализ воздействия различных реагентов на основные свойства коррозионно-стойких тампонажных растворов 54
3.3. Исследование реологических, фильтрационных и физико-механических свойств коррозионно-стойких тампонажных смесей
3.4. Разработка структуры данных программного комплекса, обеспечивающего мониторинг физико-химического состояния скважинных флюидов, на примере ОАО «Самаранефтегаз» 75
Выводы по главе 3 82
ГЛАВА IV. Исследования влияния агрессивного воздействия на процессы твердения и структурно текстурные особенности формирования коррозионно стойкого цементного камня 83
4.1. Анализ влияния сероводородной коррозии на стандартные тампонажные материалы 83
4.2. Анализ влияния агрессивной среды на структуру коррозионно-стойкого цементного камня 89
4.3. Спроектированный программный комплекс по мониторингу физико-химического состояния скважинных флюидов в режиме реального времени 95
4.4. Экономическая оценка применения предложенных разработок 99
4.5. Практическое использование результатов работы 109
Выводы по главе 4 111
Общие выводы и рекомендации 112
Список использованной литературы
- Технология изоляции затрубного пространства обсадных колонн нефтяных и газовых скважин
- Экспериментальные исследования
- Исследование и анализ воздействия различных реагентов на основные свойства коррозионно-стойких тампонажных растворов
- Спроектированный программный комплекс по мониторингу физико-химического состояния скважинных флюидов в режиме реального времени
Введение к работе
Актуальность темы. Сегодня большое количество мировых запасов углеводородного сырья сосредоточено в месторождениях с большим содержанием сероводорода (Кашаган до 19%, АГКМ до 22% и т.д.). Анализ промысловых данных и опубликованных работ показывает, что растет число месторождений, находящихся на завершающих стадиях разработки, в продукции которых присутствует сероводород. Многие исследователи отмечают, что около 70% коррозионных поражений эксплуатационных скважин, включая цементный камень, связано с действием сульфатредуцирующих бактерий. Сероводород оказывает разрушающее действие на цементный камень, создавая серьезную экологическую угрозу, как на поверхности, так и в окружающих скважину недрах. В настоящее время тампонажные материалы, применяемые на таких месторождениях, практически не обеспечивают образования надежного цементного камня и его необходимую долговечность в агрессивной среде. Подтверждением сказанного является наблюдающееся увеличение числа межпластовых заколонных перетоков, связанных с ухудшением качества цементного камня (до 70-80% всего фонда скважин).
Посредством существующих методик невозможно определить стойкость тампонажных материалов к коррозионной агрессии в короткие сроки, необходимые для проектирования скважин.
Таким образом, актуальной задачей исследования является разработка устойчивых к сероводороду тампонажных составов и экспресс-методики оценки их коррозионной стойкости.
Значительный вклад в развитие научных представлений о
процессах тампонирования скважин и разработку коррозионно-
стойких тампонажных материалов внесли Ф.А. Агзамов,
М.О. Ашрафьян, А.И. Булатов, Ю.М. Бутт, А.А. Гайворонский, В.В.
Грачев, B.C. Данюшевский, В.В. Живаева, В.М. Кравцов, А.А.
Клюсов, Н.Н. Круглицкий, В.И. Крылов, Т.В. Кузнецова,
Т.Ю. Любимова, А.Х. Мирзаджанзаде, Н.И. Николаев,
В.П. Овчинников, А.А. Перейма, П.А. Ребиндер, Н.И. Титков, 3.3. Шарафутдинов и др.
Создание надежного и конкурентоспособного коррозионно-стойкого тампонажного материала для строительства и ремонта скважин является актуальной задачей. Работа в этом направлении позволит добиться более полного извлечения углеводородного сырья, а также решить актуальные вопросы экологии, охраны недр и окружающей среды. Сказанное выше определяет актуальность диссертационной работы.
Актуальность темы диссертации подтверждается тем, что основные направления и результаты исследований были использованы при выполнении на кафедре «Бурение нефтяных и газовых скважин» СамГТУ хоздоговорных НИР № 2Ж/08, № 01-ПР-09(6009Ж) по темам "Усовершенствование технологии крепления осложненных скважин путем разработки специальных тампонажных материалов" и "Разработка технологии цементирования, обеспечивающей улучшение качества разобщения пластов", а также по заданию Федерального агентства по образованию Российской Федерации реализован проект 1.25.09 "Моделирование процессов коррозии на основе кинетических данных по разрушению материалов в сложных термобарических условиях и агрессивных средах".
Целью работы является повышение качества и надежности крепи скважин в сероводородсодержащей среде путем применения коррозионно-стойких тампонажных материалов.
Идея работы состоит в увеличении коррозионной стойкости тампонажных материалов за счет кольматации порового пространства цементного камня смешанной конденсированной фазой на основе реагентов - стабилизаторов и пластификаторов.
Задачи исследования:
Анализ современного состояния разработки и методик оценки качеств коррозионно-стойких тампонажных материалов для строительства нефтяных и газовых скважин.
Экспериментальные определения физико-механических свойств тампонажного материала и анализ полученных результатов.
Разработка экспресс-методики проведения экспериментальных исследований по созданию коррозионно-стойких тампонажных составов.
Мониторинг физико-химического состояния скважинных флюидов в реальном времени для выявления и предупреждения возможных аварий.
Исследование процессов структурообразования коррозионно-стойкого тампонажного материала со смешанной конденсированной фазой в условиях сероводородной агрессии.
Опытно-производственная и экономическая оценка предложенных разработок.
Основные методы научных исследований. При выполнении работы применялись статистико-вероятностные, экспериментально-теоретические и физико-химические методы исследования.
Научная новизна.
Заключается в разработке экспресс-методики оценки физико-механических свойств тампонажного материала в условиях повышенной сероводородной агрессии, а также в выявлении закономерности увеличения коррозионной стойкости тампонажных материалов за счет кольматации их порового пространства органо-минеральной конденсированной фазой с применением реагентов: пластификатора РДН-У и стабилизатора КМЦ.
Основные положения, выносимые на защиту:
Разработанный экспресс-метод определения физико-механических свойств тампонажных материалов в условиях повышенной сероводородной агрессии позволяет эффективно выбирать и оценивать их технологические параметры применительно к различным горно-геологическим условиям.
Тампонажные материалы на основе традиционных портландцементов, полученные в результате комплексной обработки дисперсионной среды, с добавкой 0,5 % КМЦ + 5 % РДН-У, обеспечивают коррозионную устойчивость к сероводороду за счёт уменьшения пористости в 3 раза и проницаемости цементного камня более чем в 100 раз.
Практическая значимость.
Разработанная экспресс-методика оценки коррозионной стойкости тампонажных материалов позволяет решить проблему сопоставления прочности, пористости и проницаемости тампонажных материалов, получаемых из различных составов и формирующихся в условиях
воздействия агрессивной среды, в кратчайшие сроки.
Созданные рецептуры коррозионно-стойких и седиментационно устойчивых тампонажных суспензий позволяют повысить качество строительства скважин в сероводородсодержащеи среде за счет снижения пористости и фазовой проницаемости полученного цементного камня.
Реализация результатов работы.
Разработанные тампонажные материалы использовались на Гаршинском месторождении ОАО «Оренбургнефть» в период с января по сентябрь 2010 года при строительстве 3 эксплуатационных скважин (№ 1810, 1814, 1804). Концентрация сероводорода в добываемой продукции пласта А4 Гаршинского месторождения находится на уровне 3-5%. Хорошее качество крепления скважин подтверждается данными акустического каротажа цементного камня.
Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на Всероссийском конкурсе-конференции молодых учёных минерально-сырьевого комплекса России (Санкт-Петербург, 2003), на Всероссийских выставках-ярмарках научно-исследовательских работ и инновационной деятельности студентов, аспирантов и молодых учёных (Новочеркасск, 2003 и 2005), I конференции Общества инженеров-нефтяников SPE «Student Paper Contest» (Москва, РГУНГ им. И.М. Губкина, 2005), на Международной конференции общества инженеров-нефтяников SPE «International Student Paper Contest, Doctorate Division» (USA, Dallas, 2005), на Международной научно-практической конференции «Нефтегазовые и химические технологии» (Туапсе, 2010) и Международной научно-практической конференции «Ашировские чтения» (Туапсе, 2011).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ, в том числе 4 - в ведущих научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка, включающего 120 наименований. Материал диссертации изложен на 128 страницах, включает 14 таблиц, 42 рисунка и 1 приложение.
Технология изоляции затрубного пространства обсадных колонн нефтяных и газовых скважин
Для цементирования нефтяных и газовых скважин используется цементный раствор - смесь вяжущих материалов, затворенная определенным количеством воды, часто с добавками химических реагентов. В настоящее время существуют растворы, твердая фаза которых представлена не только портландцементом, поэтому более правильно называть их тампонажными материалами.
Тампонажными называются материалы, которые при затворении с водой образуют суспензии, способные в условиях скважины к структурообразованию, и превращаются в практически непроницаемое твердое тело. Тампонажные материалы классифицируются по следующим признакам: по составу клинкера, температуре применения, средней плотности приготовляемых из них растворов, устойчивости образующихся камней к воздействию агрессивных пластовых агентов, объемным деформациям при твердении [8, 92].
В качестве тампонажных материалов, применяемых для крепления скважин в условиях коррозионного воздействия на них, чаще всего используют специальные марки цементов.
По устойчивости к агрессивному воздействию пластовых агентов тампонажные цементы классифицируют на сульфатостойкие, стойкие по отношению к кислым (углекислым и сероводородным) водам, к магнезиальным и к водам полиминерального состава. Существуют также цементы для применения в условиях, при которых не наблюдается агрессивного воздействия пластовых агентов.
Наибольшее распространение из-за дешевизны производства в отечественной практике получили цементы на основе портландцементного клинкера - тампонажные портландцемента [8, 92].
Коррозионно-стойкие цементы. Коррозионно-стойкими называют цементы или смеси, камень из которых отличается высокой устойчивостью к коррозии. Такими свойствами обладают те цементы и смеси, в составе которых практически не содержится гидроокись кальция. Это шлаковые, пуццолановые, глиноземистые и шлакопесчаные цементы.
Шлаковый цемент. Такое название имеют цементы, которые получают путем совместного помола гранулированных доменных шлаков с добавками-активизаторами (известь, строительный гипс, ангидрит и др.) или смешения этих, раздельно измельченных, компонентов. Среди них выделяют шлаковый цемент, известково-шлаковый с содержанием извести 10-30% и гипса до 5% от массы цемента и сульфатно-шлаковый с содержанием гипса или ангидрита 15-20%, портландцемента до 5% или извести до 2%.
Пуццолановый цемент. Это вяжущее вещество, получаемое посредством совместного помола клинкера и активной минеральной добавки (пуццоланы) с необходимым количеством гипса. Активная минеральная добавка вначале адсорбирует, а затем химически связывает Са(ОН)2, образующийся в результате взаимодействия алита с водой: Са(ОН)2 + Si02 (п-1)Н20 = СаО Si02 пН20. Этот процесс происходит во влажной среде и при положительной температуре. При этом растворимый гидроксид кальция связывается в практически нерастворимый гидросиликат кальция. В результате значительно возрастает стойкость бетона к коррозии, а именно - выщелачиванию Са(ОН)2.
Количество минеральной добавки в зависимости от ее свойств и требований к качеству получаемого цемента обычно составляет 20-50%. Чаще всего в качестве активной минеральной добавки применяется доменный гранулированный шлак.
Глиноземистый цемент. Основным минералом глиноземистого цемента является однокальциевый алюминат СаОАІ203(СА). В сравнительно небольших количествах в цементе содержатся другие низкоосновные алюминаты кальция (5СаО-ЗА12Оз и СаО-2АІ20з). Силикаты кальция обычно представлены небольшим количеством белита 2CaO-Si02.
Процесс твердения глиноземистого цемента протекает по схеме, аналогичной схеме твердения портландцемента. Главный минерал глиноземистого цемента - однокальциевый алюминат - реагирует с водой и образует СаОАІгОз - 10Н2О(САНю), который в течение нескольких часов переходит в гель. В этот период происходит схватывание глиноземистого цемента приблизительно с такой же скоростью, как и у портландцемента. Получающийся гель десятиводного гидрата (САНю) неустойчив и, кристаллизуясь, быстро приобретает более устойчивую кристаллическую форму с одновременным выделением гидроксида алюминия в виде гелевидной массы. Переход СА в конечные продукты гидратации можно представить следующим образом: 2 (СаО- А1203) + 11Н20 = 2СаО. А120, -8Н20 + 2А1(ОН)3.
Шлакопесчаный цемент. Вяжущим материалом в шлакопесчаных цементах является шлак, активность которого повышается с ростом температуры, а замедлителем - кварцевый или кварцево-магнетитовый песок. Свойства шлаковых цементов существенно отличаются от свойств портландцемента. При нормальных условиях шлаковые цементы очень медленно твердеют, однако если температура повышается до 100С и выше, процессы схватывания и твердения интенсифицируются, из шлакопесчаного цемента образуются прочные камни, очень стойкие в агрессивных средах. Химико-минералогический состав шлака и способ его охлаждения обусловливают физико-механические свойства шлаковых цементов, сроки схватывания, подвижность, плотность, механическую прочность и т.д. Для получения тампонажных цементов могут использоваться как гранулированные, так и комовые шлаки, однако предпочтение следует отдавать первым, особенно при температурах до 150 С. Для получения качественных тампонажных цементов имеют значение степень и режим грануляции, условия хранения, температура шлака и др. Шлакопесчаный цемент в отличие от портландцемента не подвержен интенсивному загустеванию в течение продолжительного времени после затворения [1, 15, 16,17,18,19,29,66,76].
Перечисленные тампонажные коррозионно-стойкие цементы обладают стойкостью к коррозионным агентам, однако они имеют целый ряд существенных недостатков. У них низкая седиментационная устойчивость, высокая температура твердения, их прочностные характеристики уступают характеристикам стандартных тампонажных материалов, в связи с чем качество крепления скважин оставляет желать лучшего. Стоимость их изготовления намного выше стоимости производства стандартных тампонажных материалов.
Экспериментальные исследования
Исследования были направлены на разработку коррозионно-стойких тампонажных составов со смешанной конденсированной фазой на основе минеральных вяжущих веществ с добавками концентрированного (18-45%) водного раствора натриевых солей моно- и дикарбоновых кислот, в частности реагента РДН-У (реагент для добычи нефти универсальный) и высокомолекулярного полимера КМЦ (карбоксиметилцеллюлоза) или любого другого аналога (оксиэтилцеллюлоза, карбоксиметилоксиэтилцеллюлоза, Tylose и т.д.), а также установление закономерностей формирования поровой структуры коррозионно-стойких композиций с помощью электронной микроскопии. В качестве дополнительных реагентов-пластификаторов для обработки воды затворения использовались фосфаты и НТФ (нитрилотриметилфосфоновая кислота).
Электронно-микроскопические исследования
Электронно-микроскопические исследования поровой структуры сформировавшегося коррозионно-стойкого камня проводились на сканирующем электронном микроскопе JEOL JSM-6390A.
Подготовка объекта исследования является очень важным этапом в электронно-микроскопическом исследовании. Материал, пригодный для просмотра в электронном микроскопе, должен быть прозрачен для электронов, не заряжаться и не ионизироваться в электронном пучке, а также не разрушаться под действием электронов и вакуума. В зависимости от структуры и состава исследуемого материала нужно подбирать тот или иной способ подготовки образцов для проведения исследований [65, 114]. Как показали наши исследования, исходный цемент и цементный камень состоят из мельчайших частиц, что сильно затрудняет их исследования в поляризованном микроскопе [39, 43]. Технические свойства цементного камня в значительной мере зависят от субмикрокристаллической структуры связки, от кристаллизации новообразований на контакте между цементным камнем и зернами заполнителей. Поэтому возникла необходимость применить большие увеличения, что может обеспечить современный поляризационный микроскоп.
Световые микроскопы имеют предел своей разрешающей способности, что связано со строго определенной длиной световой волны. Для видимого света минимальное разрешаемое расстояние выражается величиной порядка 0,2 мк. Однако рассмотреть такие мелкие частицы практически невозможно. Уменьшить величину разрешаемого расстояния можно либо за счет повышения числовой апертуры, либо за счет применения более коротких волн.
Рентгеновские лучи, более короткие, чем световые волны, не могут быть использованы для этой цели: их высокая проникающая способность делает невозможным изготовление необходимых фокусирующих линз.
Задача была решена путем применения пучка электронов. Электрон обладает не только корпускулярными, но и волновыми свойствами. Длина волны потока электронов, разгоняемых ускоряющим напряжением, теоретически в 100000 раз меньше длины световой волны.
Принцип работы электронного микроскопа базируется на способности электрических и магнитных полей, обладающих осевой симметрией, фокусировать электроны. При этом для фокусирования можно применить либо электрические, либо магнитные поля, либо те и другие вместе. Конструктивные преимущества электронного микроскопа по сравнению со световым состоят в том, что электромагнитная линза может менять свои свойства с изменением потенциала. Стеклянные линзы имеют постоянные оптические свойства [65]. Существуют три основных типа электронных микроскопов. К первому типу относятся просвечивающие микроскопы, позволяющие изучать объекты в проходящем потоке электронов. С помощью этих микроскопов можно изучить лишь очень тонкие, прозрачные для электронов объекты.
Приборы второго типа предназначены для изучения массивных твердых тел. Сюда относятся отражательные (объект исследования в отраженном потоке электронов), эмиссионные (электроны испускает сам исследуемый объект), растровые микроскопы (действующие по принципу телевизора).
К третьему типу относятся теневые микроскопы, дающие теневое увеличенное изображение в электронных пучках. Наиболее широкое распространение получили электронные микроскопы просвечивающего типа [65,114].
Работа с электронным микроскопом состоит из двух основных этапов: препарирование объекта исследования и получение четкого изображения; расшифровка изображения. Для проведения исследования нами использовался сканирующий электронный микроскоп JEOL JSM-6390A. Это современный высокоточный компьютеризированный прибор с разрешением в высоком вакууме до 3 нм. Он позволяет делать цифровые снимки объектов с увеличением до 300000 раз. Наличие специальной приставки для проведения рентгеновского микроанализа позволяет определять элементный состав микрообъемов изучаемых образцов.
Исследование и анализ воздействия различных реагентов на основные свойства коррозионно-стойких тампонажных растворов
Как видно на рис. 3.5, в процессе структурообразования раствора, приготовленного на основе состава ПЦТ И-СС-100 + КМЦ 0,5% + РДН-У 5%, из седиментационно устойчивой суспензии формируется прочный малопроницаемый микропористый камень (рис. 3.9, ЗЛО, 3.11 и 3.12) с хорошими эксплуатационными качествами. Пористость определяет прочность, проницаемость, устойчивость к воздействию агрессивных пластовых флюидов и т.д. Вид соединений, слагающих цементный камень, последовательность их образования также влияют на поровую структуру камня.
Цементный камень образован частицами вяжущего или наполнителя, связанными между собой продуктами гидратации. При неограниченном поступлении воды из внешней среды поры цементного камня заполнены водой. Если цементный камень не содержит инертного наполнителя и процесс гидратации прошел полностью, то твердая фаза цементного камня состоит только из продуктов гидратации.
Для получения тампонажной суспензии прокачиваемой консистенции необходимо брать более 40% воды (по массе), а химически связывается только 20-25%. Однако если цемент затворить только тем количеством воды, которое будет полностью химически связано в процессе гидратации, то и в этом случае цементный камень будет обладать некоторой минимальной пористостью. Дело в том, что продукты гидратации кристаллизуются большей частью в виде образований, вытянутых в одном направлении, - в виде нитей, лент, игл. Плотная упаковка таких образований невозможна, они создают тонкопористую систему, напоминающую войлок [85, 88, 90]. Нити, ленты, иглы, образующие этот «войлок», соприкасаются между собой, во многих местах соприкосновения образуется химическая связь.
Эта войлокообразная масса представляет собой цементный гель, удельный объем которого, включая поры, составляет 0,5-0,6 см3/г [53]. Это означает, что каждая частица негидратированного цемента образует количество геля, по объему в 2-2,2 раза превышающее объем исходной частицы.
Если все частицы исходного цемента полностью прогидратировались, при В/Ц = 0,36-0,38 весь цементный камень будет представлять собой цементный гель с пористостью 35%. Если при затворении взять В/Ц = 0,5, то помимо гелевых пор в цементном камне образуются значительно более крупные, так называемые капиллярные поры. Размер и количество пор зависят от водоцементного соотношения. Однако если начальное водоцементное соотношение меньше 0,36-0,38, полная гидратация не достигается, так как более плотная упаковка частиц гидратных новообразований (при обычном составе цемента) невозможна. В этом случае цементный камень всегда содержит негидратированные частицы с минимальной пористостью 30-35%. Капиллярные поры в таком цементном камне отсутствуют [92].
Из приведенной выше схемы структуры цементного камня следует, что тампонажная система образуется в результате склеивания частиц исходного вяжущего цементным гелем. При затворении цемента достаточным количеством воды образуется суспензия, в которой частицы сначала образуют лишь коагуляционную структуру. Такая суспензия легкоподвижна. В ходе процесса гидратации каждая единица объема исходного цемента образует 2-2,2 единицы объема геля. Большая часть свободной воды связывается химически в продуктах гидратации и физически - в порах цементного геля. Оставшаяся свободной вода заполняет капиллярные поры. Чем меньше будет «оставшаяся» капиллярная пористость, тем выше будет прочность цементного камня при прочих равных условиях [92].
При креплении скважины необходимо учитывать подвижность тампонажного раствора, которая характеризует возможность его прокачивания насосом, определяет величину гидравлических сопротивлений при тампонировании и особенности поведения раствора при заполнении каналов. На практике подвижность оценивается по растекаемости тампонажного раствора.
Прочность на изгиб камня, в составе которого есть реагент-пластификатор РДН-У и стабилизатор КМЦ, больше на 200-210% относительно обычного ПЦТ-П-СС-100 (рис. 3.11). Повышение прочности цементного камня составов № 3, 4, 5 и 6 достигается благодаря химическому конденсированию микродисперсных частиц (по природе отличных от частиц портландцемента), заполняющих пространство формирующегося цементного камня.
Спроектированный программный комплекс по мониторингу физико-химического состояния скважинных флюидов в режиме реального времени
Полноценное функционирование программного комплекса в производственной среде позволит накопить статистический и аналитический материал по работе скважин и регистрировать изменения физико-химического состояния скважинных флюидов в процессе разработки месторождения и эксплуатации скважин. Это даст возможность решать более сложные задачи, такие как расчет проектной наработки по скважине исходя из условий эксплуатации. Данный прогноз позволит планировать использование и закупку различного коррозионно-стойкого оборудования и материалов, включая тампонажные, производить расчеты экономической эффективности, что в свою очередь даст возможность нефтедобывающим компаниям качественно интегрировать стратегические и тактические решения, а это является основой для получения стратегических преимуществ в производственной сфере. Использование разработанной программы скажется и на увеличении МРП работы скважин [36].
Реализация программного комплекса на основе технологии СУРБД (система управления реляционными базами данных) "MS Access 2000" позволила создать программный комплекс модели в кратчайшие сроки, однако по своим техническим характеристикам в области скорости, производительности, надежности и безопасности она существенно уступает таким дорогостоящим промышленным СУРБД, как MS SQL Server 2000, ORACLE. Таким образом, при дальнейшем широком использовании программного комплекса потребуется его перевод на более мощные технологии (SQL Server, ORACLE) для того, чтобы обеспечить большую производительность при работе с системой. 4.4. Экономическая оценка применения предложенных разработок Экономический эффект от применения технологии цементирования скважин с использованием разработанных коррозионно-стойких материалов рассчитывается в соответствии с требованиями РД 39-01/06-000-89 «Методические рекомендации по комплексной оценке эффективности мероприятий, направленных на ускорение научно-технического прогресса в нефтяной промышленности» по следующей формуле:
Оценка результатов мероприятия осуществляется за счет прибыли, полученной от реализации дополнительно добытой нефти, и рассчитывается по формуле Pti=m-3y„ep.yAQH, (4.2) где Ц- средневзвешенная цена добытой предприятием 1 т нефти, руб.; &Он - дополнительная добыча нефти от внедрения мероприятия, т; Зу.пер.- условно переменная часть себестоимости 1 т добытой нефти, руб.
При расчете объема дополнительно добытой нефти необходимо знать, сколько времени будет работать скважинная цементная оболочка с использованием коррозионно-стойких материалов и без них при разных концентрациях сероводорода в добываемой скважинной продукции.
Для расчета времени работы скважинной цементной оболочки использовалась методика, разработанная В.В. Живаевой на кафедре «Бурение нефтяных и газовых скважин» СамГТУ.
Целью создания модели являлся расчет времени эксплуатации того или иного тампонажного материала в случае, когда он подвержен воздействию коррозионно-активной среды, в частности сероводорода.
Используя результаты исследований, представленные во 2 и 3 главах данной работы, и зная роль и значение каждого фактора, влияющего на коррозионную стойкость тампонажного материала, при проектировании рецептур тампонажных составов мы предложили математическую модель процесса сероводородной коррозии, целью реализации которой является расчет времени эксплуатации тампонажного материала с различными концентрациями сероводорода в добываемой продукции.
В отличие от всех предыдущих работ [32, 98, 120] автором был осуществлен принципиально новый подход, основанный на современных идеях кибернетики. При разработке математической модели процесса были сделаны следующие допущения: 1. В процессе цементирования не происходит значительного поступления флюида в тампонажный раствор. 2. За момент начала коррозии и соответственно начала расчета (т = 0) принимается вторичное вскрытие продуктивного пласта. 3. В процессе движения флюида по цементной оболочке не происходит проникновения флюида в породу [53, 93,94].
К моменту начала поступления флюида, содержащего сероводород, в цементную оболочку поры цементного камня заполнены водным раствором химических веществ. С началом поступления флюида в оболочку формируется зона поглощения, где молекулы сероводорода реагируют с компонентами цементного камня. В процессе реакции замкнутые поры раскрываются и образуются каналы, по которым компоненты флюида (в т. ч. сероводород) диффундируют вверх, а продукты реакции - в обратном направлении. Зона поглощения характеризуется некоторой толщиной h, в которой наблюдается изменение концентрации сероводорода от средней во флюиде до нуля во фронте. В результате химической реакции сероводорода с компонентами цементного камня во фронте зоны поглощения образуются продукты реакции, диффундирующие вниз. Встречаясь с компонентами флюида, эти продукты вступают с ними во вторичные химические реакции, результатом которых являются растворимые и нерастворимые в условиях зоны поглощения вещества. Нерастворимые вещества «выпадают в осадок», т. е. образуются твердые вещества, изменяющие конфигурацию пор [53]. Как показали результаты исследований, доля свободного поперечного сечения пор изменяется при этом не более чем на 3-5 %. Зона поглощения с переменной скоростью перемещается вверх. Скорость перемещения зоны поглощения и ее толщина в общем случае зависят от характеристик цементного камня, концентрации сероводорода во флюиде, состава флюида, температуры разреза и перепада давления. Другими словами, момент выхода зоны поглощения на поверхность (начало проявления) зависит от технологии цементирования, технологии вскрытия продуктивного пласта и от динамики разработки месторождения.
Похожие диссертации на Обоснование и получение коррозионно-стойких тампонажных материалов со смешанной конденсированной фазой для строительства скважин
