Розробка тампонажних матеріалів, що розширюються при твердінні, для цементування свердловин на площах Дніпровсько-Донецької западини

Abstract

Дисертацію присвячено підвищенню якості розмежування гірських порід і нафтогазоносних горизонтів на площах ДДз за рахунок розробки та впровадження нових термостійких тампонажних матеріалів, що розширюються при твердінні. На підставі теоретичного аналізу результатів пошукових експериментальних досліджень розроблено базові рецептури як основу тампонажних матеріалів, що розширюються при твердінні. Обґрунтовано оптимальні співвідношення низькоактивних в’яжучих композицій, досліджено фазовий склад продуктів твердіння і кінетику розширення, вивчено технологічні властивості. Розроблено технологію приготування тампонажних сумішей та удосконалено технологію цементування свердловин. Промислові впровадження зольних і цементно-доломітових сумішей підтвердили їх ефективність при кріпленні свердловин на площах ДДз.

Диссертация посвящена повышению качества разобщения горных пород и нефтегазоносных горизонтов на площадях Днепровско-Донецкой впадины (ДДв) за счет разработки и внедрения термостойких расширяющихся тампонажних материалов нормальной и облегченной плотности. На основе анализа горно-геологических условий и опыта крепления скважин на площадях ДДв сформированы направления совершенствования качества цементирования обсадных колон: повышение термостойкости тампонажных материалов для обеспечения температурной стабильности и долговечности цементного камня; разработка и применение расширяющихся тампонажных материалов для преодоления эффекта усадочной деформации и каналообразования в цементном камне; усовершенствование технологии цементирования путем улучшения качества замещения бурового раствора тампонажным для повышения качества цементировочных работ. В качестве объекта для исследований выбраны термостойкие расширяющиеся тампонажные смеси на основе зольных и цементнодоломитовых композиций. Обоснованы оптимальные соотношения ингредиентов термостойких расширяющихся зольных и цементно-доломитовых смесей. Проведены экспериментальные исследования фазового состава продуктов твердения новых тампонажных материалов, изучен механизм их расширения. Установлено, что при длительных сроках автоклавирования, под действием гидротермальной обработки с высокими температурами и давлениями, в образцах камня зольных смесей среди новообразований присутствуют: гиролит, афвилит, ксонотлит, тоберморит и гидрогранат состава С3АSН4. Среди новообразований в цементно-доломитовых смесях присутствуют низкоосновной гидросиликат кальция CSH(B), тоберморит, трехкальциевый гидроалюминат С3АН6, четырехкальциевый гидроалюминат С4АН13, гидромоносульфоалюминат. Из проведенных исследований видно, что на поздних стадиях твердения у новых тампонажных материалов преобладают низкоосновные гидросиликаты кальция и гидрогранаты - новообразования, которые характеризуются термодинамической стабильностью. Проведены исследования технологических свойств тампонажных растворов и цементного камня на основе разработаных зольных и цементнодоломитовых тампонажных материалов. Установлено, что растворы на основе новых тампонажных материалов имеют широкий диапазон плотностей от облегченного до нормального, их водоотделение практически не отличается от стандартных портландцементов, час загустевания легко регулируется с помощью замедлителей твердения. Процесс расширение таких материалов происходит на ранних стадиях твердения до образования в структуре прочных кристаллизационных контактов, поэтому он не влияет на механические свойства камня в сторону их ухудшения. Камень на основе новых та мпонажных материалов обладает высокими технологическими свойствами. Сила его сцепления с металлом у 2 - 7 раз больше, чем у стандартных цементов. Разработано технологию приготовления новых тампонажных смесей и усовершенствовано технологию цементирования скважин. Высокая эффективность применения такой технологии достигается за счет повышенных абразивных качеств комбинированной буферной жидкости параллельно с ее низкими реологическими параметрами, которые обеспечивают турбулентный режим восходящего потока в заколонном пространстве и соответственно, высокую степень замещения бурового Разработаны нормативные документы - руководящие нормативные документы отрасли, регламентирующие компонентный состав и технологию применения зольных и цементно-доломитовых расширяющихся смесей. Промышленные испытания и внедрение зольных и цементнодоломитовых расширяющихся материалов на скважинах ДП "Черниговнефтегазгеология", ДП "Полтавнефтегазгеология", и ДП "Укрбургаз" подтвердили их высокую экономическую и технологическую эффективность.

The dissertation is devoted to increase of quality of dissociation of mountain rocks and oil and gas content of horizons on the areas of the Dnieper-Donetsk Depression at the expense of development and introduction of new heat-resistant expanding cement of materials. On the basis of the theoretical analysis of results of search experimental researches the basis expanding cement of materials is developed base compositions as. The optimum proportions low active of cement compositions are justified, the phase composition of yields harden and kinetics of expansion is studied, is investigated technological properties. Is developed technology of preparation cement of mixes and is improved technology-of cementation of wells. Industrial implementation of ash-fly and cement-dolomite mixtures have affirmed their efficiency at cementation wells on the areas of the Dnieper-Donetsk Depression.