УДК
622.245
Марцинків О.Б., Лазаренко
О.О.
Івано-Франківський національний
технічний університет нафти і газу
Дослідження впливу солей на властивості тампонажних
розчинів
Значна
частина родовищ нафти і газу залягають у підсоляних і міжсоляних відкладах. Буріння
та кріплення глибоких свердловин в соляних відкладах до сьогоднішнього дня
пов’язано з певними труднощами. До хемогенних відкладів, які найчастіше
трапляються в розрізах свердловин, належать: галіт (NaCl), сильвін (KCl),
бішофіт (MgCl2×6H2O), карналіт
(KCl×MgCl2×6H2O). Соляні
відклади, які мають різні фізичні та механічні властивості, під час буріння
утворюють каверни. Різні концентрації солей в розчинах по різному впливають на
зміну властивостей соленосних відкладів. Наприклад насичення промивальної рідини
хлористим магнієм значно зменшує каверноутворення.
Вважається
встановленим, що однією з основних причин неякісного тампонування свердловин в
соляних відкладах є розчинення солі тампонажним розчином, в результаті чого між
стінками свердловини (в інтервалі залягання солей) і каменем утворюється зазор,
який заповнений розчином солей. У зоні контакту тампонажний розчин не тужавіє
внаслідок його розбавлення розчином солей. Щоб виключити або понизити
розчинення солей, застосовують тампонажні розчини, рідина для приготування
яких, спеціально насичується солями. Такі тампонажні розчини суттєво не
змінюють своїх властивостей при потраплянні в них розчинів солей. Наслідком
цього явища, в залежності від природи та концентрації солей є прискорення або
сповільнення термінів тужавіння і загустіння тампонажних розчинів. При
потраплянні солей в розчини їх властивості змінюються і при наявності в них
різних наповнювачів. Тампонажні розчини, які насичені солями, в абсолютній
більшості сумісні з використовуваними добавками [1].
Значна
перевага тампонажних розчинів, які вміщують, солі – покращення їх реологічних
властивостей. Добавки солі в більшість тампонажних розчинів за певних умов в
кількостях, необхідних для насичення нею води замішування, значно понижують
консистенцію розчину. Внаслідок цього зменшується критична швидкість
закачування розчину від якої суттєво залежить повнота витіснення промивальної
рідини в кільцевому просторі свердловини. Цей ефект підсилюється при додаванні
солі до тампонажних розчинів, в складі яких, присутній бентоніт. Соляна обробка
тампонажних розчинів суттєво змінює властивості тампонажного каменя в
агресивних середовищах, де присутні мінеральні води.
Для
приготування засолених тампонажних розчинів необхідне вивчення розчинності
солей у рідинах, оскільки для насичення розчину, в залежності від виду солі,
буде використана різна її кількість, що також визначає властивості суспензії. В
таблиці 1 подана розчинність різних солей у прісній воді при нормальних умовах.
|
Сіль |
MgCl2 |
CaCl2 |
NaCl |
MgSO4 |
Na2CO3 |
Na2SO4 |
|
Розчинність, кг/м3 |
558.1 |
731.9 |
407.0 |
354.3 |
193.9 |
168.3 |
|
% |
36 |
42.3 |
26.43 |
26.2 |
16.2 |
14.4 |
З підвищенням температури розчинність солей
збільшується. Суміші солей різного складу мають відмінну, від поданої вище,
розчинність. Ангідриди розчиняються у воді погано (до 2 %). Розчинна дія цементного
засоленого розчину на стінки свердловини складені солями значно менша, ніж
води. Спроби кількісно оцінити розчинність солей тампонажним розчином у
свердловині пов’язані з труднощами, які пояснюються нерівномірністю розподілу
солей в кернах. Крім того, розчинність залежить від складу і властивостей
тампонажного розчину.
Кількість
солі, розчиненої з поверхні взірців, залежить не тільки від часу контакту
взірців з твердіючим розчином, але й від його структурно-механічних
властивостей. Зі збільшенням швидкості структуроутворення тампонажного розчину
внаслідок швидшого зв’язування води, кількість солі, яка розчиняється з
поверхні породи, знижується.
При неповному
насиченні фільтрату тампонажного розчину сіллю, після закачування його в
кільцевий простір свердловини, її стінки в статичному стані розчиняються менш
інтенсивно, і цей процес буде продовжуватися до повного насичення контактного
шару розчину. Дифузійний обмін у в’язкопластичній масі протікає важко. Зі
збільшенням міцності структури процес розчинення сповільнюється, а обмін
продовжується в контактній зоні між твердіючим тістом та соляними породами [2].
Для
визначення кількості солі, необхідної для отримання насиченого розчину при
різних температурах і тисках, необхідно орієнтуватись на лабораторні
дослідження з урахуванням конкретних умов.
Врахування
причин виникнення ускладнень та технологічних особливостей тампонажних
розчинів, пов’язаних з їх природною та штучною мінералізацією, а також
багаточисельні науково-дослідні роботи, дозволяють сформулювати наступні умови
успішного тампонування соляних відкладів свердловин.
а) в таких
умовах повинні застосуватись виключно соленасичені тампонажні розчини з
відповідними властивостями;
б) режим руху
рідин у свердловині для якісного заміщення промивальної рідини на тампонажний
розчин повинен бути оптимальним;
в) явище
змішування у кільцевому просторі свердловини тампонажного розчину та
промивальної рідини повинно бути виключене.
Підбір
рецептури тампонажного розчину та кількості солі для введення в нього
визначаються інтенсивністю розчинення соляних відкладів, температурою та
тиском. Важливе значення мають непроникність та довговічність тампонажного
каменя і зони контакту тампонажний камінь - соляні відклади.
Співвідношення
компонентів у тампонажній суміші залежить від досягнутої концентрації солі у
водяному розчині для приготування суспензії та необхідного водоцементного
відношення. В усіх випадках при приготуванні тампонажного розчину на засоленій
рідині його густина підвищується.
Вводити сіль
у тампонажні розчини можна наступним чином:
а) розчинення солі у воді приготування до необхідного
насичення. В окремих випадках застосовують перенасичені розчини, штучні або
природні розсоли. На приготовленій рідині замішують тампонажну суміш;
б)
перемішують тампонажну суміш з сухою сіллю (у вигляді порошку) у заданій
пропорції після чого приготовляють розчин на воді;
в) завчасно
розчиняють частину солі у воді, а решту солі перемішують у сухому вигляді з
тампонажною сумішшю, після чого суміш змішують з водою.
При
температурах близьких до 22 °С, добавка приблизно 5 %
хлористого натрію сприяє прискоренню процесу структуроутворення в тампонажних
розчинах. Збільшення кількості солі в розчині призводить до сповільнення
зазначеного процесу. Точне дозування NaCl, з якого процес структуроутворення
розпочне сповільнюватись, залежить від хіміко-мінералогічного складу цементу,
який не є сталою величиною навіть для цементів одного і того ж заводу. Тому
вважається, що хлористий натрій прискорює терміни тужавіння розчину з
портландцементу при температурі 22 °С тоді, коли його
кількість не перевищує, орієнтовно, 5 % маси цементу. Водяний розчин солі
вважається насиченим коли в ньому буде розчинено 26,4 % NaCl.
Добавки NaCl
більше 20 % за масою помітно не впливають на прискорення процесу
структуроутворення в тампонажних розчинах, тобто швидкість цього процесу в
подальшому практично однакова. Крім того, подальше підвищення кількості NaCl призводить
до зниження міцності тампонажного каменя через (1÷2) доби твердіння.
Визначення часу тужавіння розчину з перенасиченням NaCl на консистометрі
показало, що при температурах (130÷150) °C і тисках (40÷70) МПа найефективніший
сповільнювач – ВКК в кількості (0,5÷1) %. Ріст структури розпочинається
швидко і призводить до утворення непрокачуваних розчинів через (1,5÷2)
години після приготування розчину .
При додаванні
до (5÷8) % NaCl міцність (1÷2) добового тампонажного каменя, який
твердів при (20÷50) 0С, збільшується.
Літературні джерела
1. Коцкулич
Я.С. Закінчування свердловин: [підручник] / Я.С. Коцкулич, О.В. Тищенко. – К.:
Інтерпрес ЛТД, 2004. –366с.
2. Сенюшкович
М.В. Тампонажні розчини спеціального призначення: конспект лекцій / М.В. Сенюшкович, Б.А. Тершак. –
Івано-Франківськ: Факел, 2007. –177с.