Назначения цементных мостов и требования к ним.

Установка цементных мостов

Занятие 5

Содержание

1. Назначения цементных мостов и требования к ним

2. Расчет объемов тампонажного раствора и материалов.

3. Особенности выбора рецептуры растворов вяжущих веществ для установки мостов.

4. Требования, предъявляемые к тампонажному материалу.

5. Планирование работ по установке цементных мостов

6. Мероприятия по предупреждению осложнений при установке мостов.

Установка цементных мостов - это ответственная технологическая операция, составляющая основу большинства видов ремонтно-изоляционных работ при бурении, заканчивании и эксплуатации нефтяных и газовых скважин.

Цементные мосты устанавливают в следующих целях:

- изоляция водонапорных и непродуктивных горизонтов при испытании и ликвидации скважин;

- возвращение на новый горизонт;

- изоляция зон поглощения или проявления;

- забуривание нового ствола;

- создание опоры для испытания пластов или секций обсадных труб;

- ликвидация каверн или желобных выработок.

 

К цементным мостам предъявляются определенные требования по долговечности, герметичности, прочности, несущей способности, а так же к высоте и глубине нахождения.

Те или иные требования основываются на конкретных геолого-технических условиях и обусловлены назначением моста.

По характеру действующих нагрузок можно выделить две категории мостов: испытывающих давление жидкости или газа и испытывающих нагрузку от веса инструмента во время забуривания второго ствола, применения испытателя пластов или в других случаях.

Мосты, относящиеся ко второй категории, должны, помимо газоводонепроницаемости, обладать весьма высокой механической прочностью.

Анализ промысловых данных показывает, что на мосты могут создаваться давления до 85 МПа, осевые нагрузки до 2100 кН и возникают напряжения сдвига на 1 м длины моста до 30 МПа. Такие значительные нагрузки возникают при опробовании скважин с помощью испытателей пластов и других видах работ.

Несущая способность цементных мостов в значительной мере зависит от их высоты, наличия (или отсутствия) глинистой корки или остатков бурового раствора на колонне.

При удалении рыхлой части глинистой корки напряжение сдвига составляет 0,15-0,2 МПа. В этом случае даже при возникновении максимальных нагрузок достаточно высота моста 18-25 м. Наличие же на стенках колонны слоя бурового раствора толщиной 1-2 мм приводит к уменьшению напряжения сдвига и увеличению необходимой высоты до 180-250 м, с тем, чтобы обеспечить возможность приложения максимальной нагрузки.

В связи с этим высоту цементного моста следует так же определять и из уравнения:

 

Н_м>Н_о=Q_м/πД_с[∆τ_м] ,

где Н_о - глубина установки нижней части моста;

Q_м - осевая нагрузка на мост, обуславливаемая как перепадом давления, так и разгрузкой колоны труб или испытателей пластов;

Д_с - диаметр скважины;

[∆τ_м] - удельная несущая способность моста, величина которой определяется как адгезионными свойствами тампонажного материала, так и способом установки моста.

Герметичность моста также зависит от его высоты и состояния поверхности контакта, так как давление, при котором происходит прорыв воды, прямо пропорционально длине и обратно пропорционально толщине корки. При наличии между обсадной колонной и цементным камнем глинистой корки с напряжением сдвига 6,8-4,6 кПа и толщиной 3-12 мм градиент давления прорыва воды составляет соответственно 1,8-0,6 МПа на 1 м. При наличии на корке пленки нефти давление резко уменьшается. При отсутствии корки между стенкой скважины и цементным камнем прорыв воды происходит при градиенте давления свыше 7 МПа/м. Следовательно, герметичность моста в значительной степени зависит так же от условий и способа его установки. Корка при твердении цементного раствора обезвоживается, в ней появляются трещины.

В связи с этим высоту цементного моста следует так же определять и из уравнения:

 

Н_м>Н_о= р_м/[∆р],

где р_м - максимальный перепад давления, действующий на мост при его эксплуатации.

[∆р] - допустимый градиент давления прорыва флюида по зоне контакта моста со стенкой скважины; эту величину определяют в основном в зависимости от способа установки моста и применяемых тампонажных материалов.

Выбирают большее значение высоты цементных мостов, определенных по формулам 1 и 2.

 

Ориентировочные значения [∆τ_м] и [∆р] при установке мостов через заливочную колонны с применением раствора из портландцемента в зависимости о технологии установки приведены в таблице.

 

Условия и технологические мероприятия по установке моста	[∆р], МПа/м	[∆τм], МПа
В обсаженной скважине
С применением скребков и моющих буферных жидкостей
С применением моющих буферных жидкостей		0,5
Без скребков и буферных жидкостей		0,5
В необсаженной скважине
С применением скребков и моющих буферных жидкостей		0,5
С применением абразивных буферных жидкостей		0,2
С применением неабразивных буферных жидкостей		0,05
Без буферных жидкостей	0,5	0,01

 

Цементные мосты должны быть достаточно прочными. Практика работ показывает, что если при испытании на прочность мост не разрушается при создании на него удельной осевой нагрузки 3-6 МПа и одновременной промывке, то его прочностные свойства удовлетворяют условиям как забуривания нового ствола, так и нагружения от веса колонны труб или испытателя пластов.

При установке мостов для забуривания нового ствола к ним предъявляется дополнительное требование по высоте. Это обусловлено тем, что прочность верхней части моста Н₁ должна обеспечить возможность забуривания нового ствола с допустимой интенсивностью искривления, а нижняя часть Н₀ - надежную изоляцию старого ствола.

 

Н_м=Н₁+Н₀=√2Д_сR_с + Н₀,

где R_с - радиус искривления ствола.