Содержание к диссертации
Введение 8
АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ И ПАТЕНТНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПО 15
ПОВЫШЕНИЮ КАЧЕСТВА БУФЕРНЫХ ЖИДКОСТЕЙ И
ТАМПОНАЖНЫХ РАСТВОРОВ. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ
ИССЛЕДОВАНИЙ.
Исследование и анализ влияния фильтрации буровых и 15
тампонажных растворов на продуктивность скважин.
Анализ причин некачественного цементирования скважин и выбор 21
путей совершенствования рецептур тампонажных растворов.
Исследования в области разработок облегченных тампонажных 22
растворов, методов повышения их седиментационной
устойчивости и изолирующей способности.
Исследование и анализ контактных зон смешения различных 31
систем буровых и тампонажных растворов
Буферные жидкости и материалы для их приготовления 31
Оценка эффективности низковязких моющих буферных жидкостей 34
на водной основе
Утяжелённые буферные жидкости на основе буровых растворов 40
Полимерные и вязкоупругие буферные жидкости 44
Адгезионно-активные и аэрированные буферные жидкости. 47
Понизители водоотдачи тампонажных растворов 48
Нормирование водоотдачи тампонажных растворов 48
Понизители водоотдачи - тонкодисперсные добавки 49
Понизители водоотдачи - маловязкие водорастворимые олигомеры 50
и полимеры
Понизители водоотдачи - высокомолекулярные вещества и их 52
композиции
Выводы к первой главе 58
II. МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДИКА И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ 60 ЭКСПЕРИМЕНТА. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА РЕЦЕПТУР БУФЕРНЫХ ЖИДКОСТЕЙ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ И УСЛОВИЙ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОДАВОЧНЫХ И ТАМПОНАЖНЫХ РАСТВОРОВ
2.1. Основные принципы выбора буферных жидкостей 60
Требования к низковязким буферным жидкостям на пресной воде 65
Разработка методики оценки эффективности моющих свойств 66 буферных жидкостей
Утяжелённые буферные жидкости на пресной воде и технические 71 требования, предъявляемые к ним
Оценка индифферентности буферной жидкости к буровым и 73 тампонажным растворам
Оценка влияния буферной жидкости на время загустевания 73 тампонажних растворов
2.1.6 Определение седиментационной устойчивости и водоотдачи 74
буферной жидкости
2.1.7. Определение коррозионной активности буферной жидкости 75
2.2. Исследование и подбор основы для рецептур буферных жидкостей 76
Разработка рецептуры буферной жидкости на основе шламлигнина 76
Разработка рецептуры буферной жидкости на основе гидролизных 79 лигнинов
2.3. Разработка оптимальной рецептуры буферного порошкообразного 86
материала и исследование технологических свойств буферных
жидкостей на его основе
Результаты лабораторных испытаний буферной жидкости 88
Разработка технической документации и организация опытного 103 производства буферного порошкообразного материала БП - 100
Влияние поверхностно-активных веществ на растворимость БП- 106 100
2.4. Разработка рецептуры буферной жидкости с регулируемой 109 плотностью для вытеснения высокоминерализованных буровых растворов
Разработка основных требований, предъявляемых к солестойкой 109 буферной жидкости
Подбор компонентов для приготовления буферной жидкости 110
Разработка оптимальной рецептуры солестойкой буферной 114 жидкости
Проведение лабораторных испытаний солестойкой буферной 115 жидкости
Термостойкая буферная жидкость 122
Термосолестойкая буферная жидкость 125
Кольматирующая буферная жидкость 130 Выводы ко второй главе 137
III. РАЗРАБОТКА РЕЦЕПТУР ТАМПОНАЖНЫХ РАСТВОРОВ С 138 ПРИМЕНЕНИЕМ КРЕМНЕГЕЛЬСОДЕРЖАЩЕЙ ДОБАВКИ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЙ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ
Методика проведения эксперимента 138
Разработка рецептуры облегченного седиментационно - 139 устойчивого тампонажного раствора для скважин с умеренными температурами
Разработка рецептуры облегчённого тампонажного раствора для 145 скважин с высокими температурами
Разработка и исследование рецептур облегченных тампонажных 147 растворов для крепления низкотемпературных скважин
Разработка и исследование рецептуры тампонажного раствора для 156 низкотемпературных скважин с высоким пластовым давлением
Исследование влияния кремнегельсодержащей добавки на поровую 160 структуру тампонажного раствора и камня
Исследование влияния двойных солей на технологические свойства 166
тампонажных растворов
Выводы к третьей главе 173
МАГНЕЗИАЛЬНЫЕ ВЯЖУЩИЕ СИСТЕМЫ 174
Влияние соединений цинка на гидратационное твердение 174
магнезиальных вяжущих
Влияние комлексонатов на сроки схватывания магнезиальных 180
вяжущих
Дифференциальный термогравиметрический анализ 181
Определение влияния комплексонатов на сроки схватывания 182
магнезиальных вяжущих
Выводы к четвёртой главе 188
РАЗРАБОТКА РЕЦЕПТУРЫ РЕАГЕНТА КОМПЛЕКСНОГО 190
ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ТАМПОНАЖНЫХ РАСТВОРОВ
Определение компонентного состава реагента комплексного 190
действия
Разработка комплексного реагента стабилизатора на основе 200
метилцелюлозы
Определение количества пеногасителя, необходимого для 205
предупреждения пенообразования при растворении реагента
Определение состава комплексного реагента для тампонажных 207
растворов
Определение оптимальных условий растворения комплексного 212
реагента
Определение зависимости кинематической вязкости растворов 213
полимеров от их концентрации
Изучение сохраняемости комплексного реагента при длительном 215
хранении
Влияния КРТР-75 на седиментационную устойчивость 215
тампонажных растворов
Влияние КРТР-75 на прочностные характеристики цементного 217
камня и его адгезию к металлу
Влияние минерализации воды на растворимость КРТР-75 и его 220 водоудерживающие свойства
Определение влияния КРТР-75 на структуру цементного камня 223
Электронно-микроскопические исследования 223
Влияние полимеров на газопроницаемость камня 224
Влияние КРТР-75 на изолирующую способность тампонажных 225 растворов
Исследования влияния водоотдачи тампонажного раствора с 230 химреагентами на формирование контакта «обсадная труба -цементный камень»
Разработка рецептуры тампонажного раствора для цементирования 235 скважин с умеренными температурами
Влияние обработки тампонажных растворов на величину давления 237 гидропрорыва
Выводы к пятой главе 243
VI. КОРРОЗИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ РАЗРУШЕНИЯ ЦЕМЕНТНОГО 244 КАМНЯ
Влияние добавок солей на коррозионную устойчивость цементного 244 камня
Влияние кремнегеля на коррозионную устойчивость цементного 251 камня
Коррозионная устойчивость тампонажного камня из 255 дисперсноармированного спеццемента
Коррозионно-устойчивый цементный камень на основе водно - 260 парафиновой дисперсии
Выводы к шестой главе 264
VII. ПРОМЫСЛОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ РАЗРАБОТАННЫХ 265
РЕАГЕНТОВ 7.1. Испытание буферной жидкости на основе порошкообразного 265
материала БП-100
7.2. Промысловые испытания КРТР-75 при креплении скважин с 266
близким расположением нефтегазоводонапорных пластов
Выводы к седьмой главе 269
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 270
Литература 273
Приложения 314
Введение к работе
Актуальность исследования. Важнейшей задачей нефтедобывающей отрасли является повышение качества строительства скважин, обусловленное предотвращением межпластовых перетоков, образования техногенных флюидонасыщенных пластов и флюидопроявлений на дневной поверхности, что обеспечивает успешность и продолжительность их интенсивной эксплуатации.
Проблема качественного цементирования скважин усугубляется сложностью и многообразием горно-геологических условий, требующих применения новых методов управления свойствами буровых и тампонажных растворов, обеспечивающих успешность проводки скважин.
Наибольшую остроту эта проблема приобретает при разработке месторождений со сложным строением продуктивных горизонтов, характеризующихся наличием близко расположенных разнонапорных нефте-газо-водоносных пластов.
Качественное крепление скважины может быть достигнуто только в случае полного заполнения ее затрубного пространства цементным раствором. Одним из условий полного замещения бурового раствора тампонажным является обеспечение турбулентного режима течения восходящего потока, что достигается не только за счет повышения скорости движения раствора, но и изменением его реологических параметров. Так как увеличение глубины бурения и уменьшение диаметра скважины сопряжено с ростом давления в процессе цементировочных работ, то обеспечение турбулентного режима течения раствора за счет увеличения его скорости не всегда возможно.
В этой связи возрастает важность исследований, направленных на повышение подвижности как самих тампонажных растворов, так и их смесей с буровыми растворами. Поэтому создание индифферентных буферных жидкостей, надежно разделяющих буровые и тампонажные растворы,
буферных жидкостей, обеспечивающих турбулентный режим течения их зон смешивания, является настоятельной необходимостью.
Успех проводки скважин также во многом зависит от свойств тампонажного раствора, от его седиментационнной устойчивости и изолирующей способности.
/ Аназиз промысловых данных по нефтяным скважинам показал, что
количество осложнений как в процессе цементирования, так и в период эксплуатации скважин остаётся довольно значительным, при этом наиболее опасным из них являются заколонные флюидопроявления, межпластовые перетоки и обводнённость продуктивного пласта.
Поэтому разработка комплекса технологических решений, направленных на создание эффективных буферных жидкостей, тампонажных материалов и химических реагентов, обеспечивающих тампонажным растворам высокую седиментационную устойчивость и изолирующую способность, является важнейшей задачей в общей проблеме повышения качества крепления скважин в осложнённых горно-геологических условиях.
Цель диссертационной работы - На основе научного анализа и обобщения существующих теоретических и экспериментальных результатов исследований и методов рационального регулирования свойств буферных жидкостей и тампонажных растворов создать и исследовать буферные и тампонажные материалы, а также химические реагенты, обеспечивающие повышение качества крепления скважин.
В связи с указанной целью определены следующие задачи исследования:
1. Анализ существующих материалов и реагентов, необходимых для разработки рецептур индифферентной буферной жидкости и облегчённого тампонажного раствора с высокой седиментационной устойчивостью.
2 Разработка теоретических основ выбора вторичных источников сырья для получения буферных жидкостей, обеспечивающих надёжное разделение буровых и тампонажных растворов, сохраняющих коллекторские
свойства продуктивного пласта и исследование процессов смесеобразования на границе буферной жидкости с буровым и тампонажным растворами.
3. Теоретически обосновать выбор исходных компонентов и
разработать на их основе облегчённый, седиментационно-устойчивый
тампонажный раствор, образующий при твердении низко-проницаемый,
коррозионно-устойчивый цементный камень.
Разработать требования и реагент комплексного действия для обработки тампонажных растворов, обеспечивающих им высокую седиментационную устойчивость и исследовать влияние реагента на фильтратоотдачу, изолирующую способность и реологические параметры, а также на прочностные и адгезионные свойства цементного камня, его микроструктуру и коррозионную устойчивость.
Исследовать влияние полимерных добавок и комплексного реагента КРТР-75 на предупреждение зазорообразования между цементным камнем и проницаемой частью скважины, а также на величину давления гидропрорыва на границе цементный камень - обсадная колонна.
Промысловое внедрение разработанных буферных материалов, тампонажных растворов и химических реагентов на месторождениях с различными горно-геологическими условиями.
Теоретической основой данной работы является обоснование механизма стабилизации тампонажных растворов, полученных рациональным сочетанием разного вида вяжущих с минеральными и органическими добавками, позволяющими целенаправленно регулировать технологические показатели тампонажного раствора, обеспечивать ему высокую седиментационную устойчивость и изолирующую способность, а камню - низкую проницаемость и высокую прочность, что повысит интенсивность и продлит безремонтный период эксплуатации скважин.
Научная новизна.
1. Впервые на основе гидролизных лигнинов разработан буферный порошкообразный материал для приготовления буферной жидкости с
регулируемыми параметрами, индифферентной к обработкам буровых и тампонажных растворов. Показано, что разработанная буферная жидкость обладает низкой водоотдачей, высокой седиментационной устойчивостью и не образует высоковязких зон смешивания с буровыми и тампонажными растворами разных обработок в интервале температур 20-160С.
Теоретически обосновано и экспериментально доказано, что при высоких температурах элементарные звенья молекул лигнина становятся реакционно-способными, депротонируют молекулы нитрилотриметилфосфоновой кислоты и предупреждают тем самым взаимодействие лигнина с поливалентными ионами, входящими в кристаллическую решётку глинистых минералов, приводящими к образованию высоковязких смесей.
На основе турбидиметрических методов анализа разработаны методика и установка, позволяющие проводить оценку моющих свойств низковязких оптически прозрачных буферных жидкостей в интервале температур 20-90С.
Разработаны теоретические положения создания порошкообразных компаундов - эффективных понизителей фильтратоотдачи тампонажных растворов, позволяющие целенаправленно управлять их технологическими параметрами.
Опираясь на разработанные теоретические положения, впервые на основе отечественных полимеров создан реагент-компаунд - эффективный понизитель фильтратоотдачи тампонажных растворов, изолирующие свойства которых превышают этот показатель у тампонажных растворов, обработанных известными отечественными и зарубежными аналогами. Исследованиями установлено, что тампонажные растворы содержащие указанный реагент, не отфильтровывают жидкость затворения даже при перепадах давления, достаточных для сдвига всего столба тампонажного раствора, что предупреждает каналообразование в формирующейся структуре камня.
Изучен механизм термической стабилизации метилцеллюлозы меламиноформальдегидной смолой, показано, что образовавшийся высокомолекулярный сополимер сетчатой структуры, находясь в фильтрате тампонажного раствора, не может глубоко проникать в проницаемые пласты и кольматировать поровое пространство, а поэтому легко вымывается и не снижает нефтеотдачу пласта.
С помощью ИК-спектроскопического, рентгенофазового методов анализа и электронной микроскопии изучено влияние разработанного реагента КРТР-75 на фазовый состав и микроструктуру цементного камня.
Синтезированы комплексонаты триады железа, методами ИК-спектроскопии и дериватографии установлен их состав, изучен химизм влияния их и соединений цинка на гидратационное твердение магнезиальных вяжущих систем.
Практическая значимость.
На основе вторичных источников сырья разработаны порошкообразные материалы и организовано их серийное производство для приготовления индифферентной буферной жидкости с регулируемыми параметрами (Пат. РФ 1093793; 907222; 1011855; 1142619; 657168; 2099504; 1312157). Созданы новые тампонажные системы и химические реагенты для цементирования скважин в различных геолого-технических условиях (Пат. РФ 1305308; 1776765; 1838585; 1521863; 1703807; 1333766; 1314013; 1465544; 1818462; 1670099; 1709072). Практическая ценность работы состоит в том, что только за счёт использования изобретений с участием автора по данным ЦСУ экономическая эффективность за период 1983-1990 гг составила свыше 2 млн. рублей, в которых доля автора составила 832 тысячи неденоминированных рублей.
Апробация работы
Основные результаты исследования были доложены и обсуждены на следующих конференциях: 4 Республиканская конференция по физико-химической механике дисперсных систем (г. Киев, 1977 г.);
2 Республиканская конференция по физикохимии тампонажних растворов (г. Шевченко, 1980), 4 конференция-дискуссия по работе цементного камня в скважине (г. Краснодар, 1987), Всесоюзная конференция «Проблемы строительства нефтяных и газовых скважин» (г. Краснодар, 1990), III Всероссийская конференция «Экоаналитика» (г.Краснодар, 1998), VII Всероссийская конференция «Проблемы охраны окружающей среды» (г.Саратов, 1999), Межрегиональная научно-практическая конференция «Экология, медицина, наука», (г.Краснодар 1999), Всероссийская научная конференция грантодержателей РФФИ (г.Краснодар,2001), III Всероссийская конференция грантодержателей регионального конкурса РФФИ (г.Краснодар,2002), V Всероссийская конференция по анализу объектов окружающей среды «Экоаналитика 2003» с международным участием (г.С-ПетербургДООЗ). За разработку по теме диссертации автор удостоен гранта РФФИ №0-05-96017.
Публикации По результатам представленных в диссертации исследований опубликовано 36 статей, 6 тезисов, получено 32 патента России. Материалы работы изложены в 3 научно-исследовательских отчётах ВНИИКРнефти, выполненных при непосредственном участии автора или под его руководством. За изобретательскую деятельность автор удостоен звания «Изобретатель СССР», а за разработки по теме диссертации - гранта РФФИ -№0-05-96017.
Объем и структура работы.
Диссертационная работа изложена на 314 страницах машинописного текста содержит 60 рисунков и 65 таблиц. Она состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка используемой литературы, приложений. Список использованных источников включает 362 наименования в том числе, 39 на иностранном языке.
Данная работа является результатом многолетнего творческого сотрудничества автора на различных этапах её выполнения с сотрудниками
ВНИИКРнефти НПО «Бурение», а также с исследователями других организаций и работниками многих производственных объединений и заводов, которым автор выражает свою искреннюю благодарность.
Автор выражает особую благодарность всем работникам НПО «Бурение», с которыми ему пришлось работать и ценные советы которых способствовали подготовке данной работы.
