Совершенствование фиброармированных тампонажных материалов Тихонов, Михаил Алексеевич

Введение к работе

Актуальность темы исследований. Крепление скважин остается важнейшим фактором, определяющим их качество, как инженерных сооружений. При этом значительная роль отводится тампонажным портландцементам, которые, несмотря на активные работы в области поиска новых материалов для цементирования обсадных колонн, будут еще длительное время оставаться основным материалом для крепления скважин.

Портландцементы, обладая несомненными преимуществами перед другими тампонажными материалами, имеют существенные недостатки, которые снижают качество крепи. Прежде всего, это относится к изоляционным свойствам цементного камня, на которые значительное влияние оказывают его деформационные характеристики.

Напряжения изгиба и растяжения, имеющие, как правило, импульсный характер, приводят к разрушению цементного камня за обсадной колонной и потере герметичности крепи скважин.

Один из аспектов совершенствования тампонажных материалов на порт- ландцементной основе предусматривает применение дисперсного армирования вяжущих, в конечном счете, повышающего сопротивляемость тампонажного камня динамическим нагрузкам за счет того, что цементная матрица обеспечивает сопротивление сжимающим напряжениям, а армирующий волокнистый компонент (фибра) - растягивающим и изгибающим напряжениям.

Цель работы. Повышение качества заканчивания скважин разработкой и применением фиброармированных тампонажных материалов.

Основные задачи исследований

1. Анализ качества крепления скважин и оценка роли динамических воздействий на герметичность и состояние крепи.

2. Анализ напряжений, возникающих в крепи скважины при работах внутри обсадных колонн.

3. Анализ механизма разрушения тампонажного камня из фиброармиро- ванных цементов.

4. Исследование влияния фибры на свойства тампонажного раствора и камня.

5. Модификация фибр и совершенствование тампонажных составов.

6. Выпуск фиброармированных тампонажных материалов и их применение при креплении скважин.

Научная новизна

5. 1. Обосновано и предложено объяснение механизма кратного усиления эффекта расширения в фиброармированных расширяющихся тампонажных материалах, обусловленного передачей кристаллизационного давления расширяющей добавки на структурный каркас, образованный фиброй.

   2. Впервые оценены продольная и поперечная деформации цементного камня при разрушении на сжатие, а также возможная деформация цементного кольца в скважине в зависимости от расстояния от точки приложения нагрузки, и показана возможность сохранения целостности крепи во время проведения технологических операций внутри обсадной колонны, путем соответствующей модификации цементов с помощью фибры.

   3. Обоснована методология и реализовано обеспечение исследований деформационных и изоляционных свойств фиброармированных тампонажных материалов, позволяющие исследовать продольные и поперечные деформации цементного камня при испытании на сжатие, удельную ударную вязкость его разрушения и сопротивляемость газопрорыву.

   Основные защищаемые положения

   5. 3. 1. Методика и результаты расчета напряжений, возникающих при динамических и ударных нагрузках в обсадной колонне и цементном кольце.

         2. Результаты экспериментальных исследований рецептур тампонажных смесей на основе портландцемента с различными видами фибры.

         3. Составы фиброармированных тампонажных материалов с технологическими свойствами, регулируемыми в широких пределах.

         4. Технология получения, испытания и применения фиброармированных тампонажных материалов и растворов, а также результаты их промышленных испытаний.

         Методы исследований и решения поставленных в работе задач основаны на обобщении опыта исследований и практического применения фиброармиро- ванных цементов в области крепления скважин, промышленного и гражданского строительства, результатах теоретических, лабораторных, стендовых и промысловых исследований с использованием современных методик, приборов и установок на базе Уфимского государственного нефтяного технического университета, рационального планирования экспериментов и математических методов обработки полученных результатов.

         Практическая ценность

         5. 3. 4. 1. Усовершенствованные рецептуры фиброармированных тампонажных материалов изготовлены по дезинтеграторной технологии в ООО «Цементные Технологии» и использованы при креплении разведочных скважин на Комсомольском, Ячиндинском, Ичеминском и Северо-Туколандском месторождениях.

                  2. Результаты исследования фиброармированных тампонажных материалов и методы их испытаний используются в УГНТУ при изучении дисциплин «Заканчивание и крепление скважин в сложных горно-геологических условиях» и «Регулирование свойств тампонажных материалов для цементирования скважин в осложненных условиях» магистрантами, обучающимися по направлению подготовки «Нефтегазовое дело».

                  Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

                  1. 57, 59 - 63 конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ в 2007 - 2012 годах;

                  2. Международном научном семинаре-совещании «Актуальные проблемы предупреждения чрезвычайных ситуаций техногенного характера при разработке углеводородных месторождений Северо-Восточного Каспия», г. Атырау, 2010 г;

                  3. Международной научно-технической конференции «Повышение качества строительства скважин», посвященной памяти Мавлютова М.Р.,Уфа, 2010г;

                  4. Международных научных семинарах «Развитие инновационной инфраструктуры университета», Уфа, 2011, 2012гг;

                  5. Научно-технической конференции «Проблемы прочности и долговечности бетона и железобетона», посвященной 100-летию со дня рождения проф. Полака А.Ф., Уфа, БашНИИстрой, 2011.

                  6. VI Международной научно-технической конференции «Китайско- российское научно-техническое сотрудничество. Наука - образование - инновации». КНР, Санья, 2011.

                  - Всероссийской научно-технической конференции «Инновационные решения в строительстве скважин», посвященной 100-летию акад. Трофимука А.А., Уфа, 2011.

                  Публикации. По теме диссертации опубликовано 22 научные работы, в том числе 4 статьи, 16 материалов и тезисов конференций и 3 патента. В изданиях, рекомендованных ВАК для публикации материалов докторских и кандидатских диссертаций, опубликовано 3 работы.

                  Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов и рекомендаций. Работа изложена на 174 страницах, включает 49 рисунков, 42 таблицы и 2 приложения. Список использованной литературы состоит из 143 наименований.