10.10. Расчет параметров тампонажных смесей.

Расчет параметров тампонажных смесей необходимо проводить на стадии проектирования технологии тампонирования скважин. При этом расчетами определяется количество материалов для приготовления тампонажных смесей, плотность полученной смеси, соотношения между компонентами, входящими в состав тампонажных смесей. Кроме того, в зависимости от условий проведения тампонажных работ значениями части параметров необходимо задаваться исходя из опыта этих работ, имеющегося банка данных по свойствам тампонажных смесей и проектируемой технологии выполнения тампонирования.

При рассмотрении методик расчета параметров тампонажных смесей учитываются их вид, способ приготовления и ввода компонентов, а также условия применения. После выбора вида и состава тампонажной смеси осуществляется расчет параметров потребного количества материалов для ее приготовления.

Первоначально определяется объем тампонажной смеси, необходимый для заполнения ею интервала тампонирования, с учетом его основных характеристик.

Объем тампонажной смеси для тампонирования рассчитывается по формуле:

V_{т. с.} =π R_ср² ·М+π (R_к²-R_ср²)M·m,                                     (10. 21)

где: R_ср – средний радиус скважины в интервале тампонирования по данным кавернометрии, м;

   R_к – радиус контура растекания тампонажной смеси в проницаемом интервале горных пород, м.

R_к= ,                                                              (10. 22)

- раскрытие трещин, каналов в интервале тампонирования, м;

Р_с – величина избыточного давления в скважине – создается или столбом тампонажной смеси, или с помощью пакера и насосного оборудования, Па;

Р_п – давление поглощения или пластовое давление флюида по формуле (10. 13), Па;

Θ – статическое напряжение сдвига тампонажной смеси, Па.

Как правило, величиной радиуса контура растекания задаются исходя из надежности тампонирования, когда R_к=(0, 5÷ 2, 5)м;

М – мощность интервала тампонирования,

М=h₀+2h_з,                                                                (10. 23)

h₀ – мощность интервала осложнений,

h_з – высота столба тампонажной смеси выше кровли и ниже подошвы тампонируемого интервала, h_з=(8÷ 10)м;

m – трещинная пустотость пород интервала тампонирования и определяется при нагнетании воды,

m=0, 17 ,                                                 (10. 24)

где: Q – дебит, при котором нагнетается жидкость (вода) в пласт, м³/с;

   µ_п – пластическая вязкость воды, µ_п=0, 09Па·с;

   R_в – радиус влияния, R_в=(50÷ 175)м.

Величину раскрытия каналов можно определить по формуле:

=4, 83 , м                                                   (10. 25)

где: К_пр – коэффициент проницаемости пород интервала тампонирования, м².

К_пр= , м²                                                   (10. 26)

где: Q_т – расход, при котором нагнетается тампонажная смесь, м³/с;

   µ_п – пластическая вязкость тампонажной смеси, Па.

Рассчитав величину раскрытия трещин  по формуле (10. 25) и задавшись величиной радиуса контура растекания R_к величину избыточного давления Р_с, которое необходимо для продавливания тампонажной смеси со статическим напряжением сдвига θ:

Р_с= , Па                                             (10. 27)

Величина гидростатического давления столба тампонажной смеси и промывочной жидкости на уровне подошвы интервала тампонирования определяется по формуле:

Р_{г. ст.} =ρ _{т. с.} ·g(h₀+h_з)+1, 5·ρ _пр·g(h₀+h_з), Па                                      (10. 28)

где: ρ _{т. с} – плотность тампонажной смеси, кг/м³.

Если Р_{г. ст.} Р_с, то гидростатического давления столба тампонажной смеси и продавочной жидкости достаточно для создания условий надежного тампонирования по условию (10. 27).

Если Р_{т. ст.} < Р_с, то для обеспечения надежности изоляционных работ при тампонировании необходимо использовать пакер, который позволит создать с помощью насоса в интервале тампонирования давление, равное Р_с по условию (10. 27).

При закачивании тампонажного раствора в скважину под давлением с использованием тампонажного устройства ТУ-7 (рис. 10. 13) на устье скважины устанавливают герметизатор (рис. 10. 13а). Герметизатор имеет регулировочный вентиль 2, уплотняющую манжету 4, находящуюся в обсадной трубе 6. Впроцессе тампонирования хвостовик 5 герметизатора присоединяют к бурильным трубам. Перемещением рукоятки 1 вентиля поток нагнетаемой в скважину жидкости через трубу 3 можно направить как во внутреннюю полость бурильных труб, так и в межтрубное пространство.

Рис. 10. 13. Тампонажный комплект ТУ-7

Пакер (рис. 10. 13б) герметизирует ствол скважины при разработке его по диаметру до 10 мм. Пакер отпускают в скважину на бурильных трубах, с которыми он соединяется с помощью переходника 1, и устанавливают на заданной глубине. На штоке 2 пакера закреплены три самоуплотняющихся манжеты 4, закрытые при спуске пакера кожухом 3 с опорой 9. Для приведения пакера в рабочее положение необходимо через колонну бурильных труб сбросить шар 7. Во время нагнетания жидкости по бурильным трубам во внутреннюю полость пакера кожух 3 смещается по хвостовику 10 в нижнее положение до упора в головку 11. Манжеты 4 при этом расправляются и перекрывают ствол скважины. По окончании тампонирования пакер поднимают без каких-либо дополнительных операций, что существенно упрощает его эксплуатацию.

Скважинный контейнер-смеситель (рис. 10. 13в) служит для спуска жидкого ускорителя схватывания в зону поглощения. Он состоит из концентрично расположенных труб 2 и 3, соединенных между собой переходниками 1 и 6. Перед спуском в скважину межтрубное пространство контейнера заполняют жидким ускорителем схватывания. Для предупреждения преждевременного истечения ускорителя служит втулка 7. БСС образуется при смешивании основного компонента смеси, нагнетаемого с поверхности, с жидким ускорителем схватывания, выдавливаемым из межтрубного пространства в полость 8 через отверстия 5. Отверстия открываются при смещении втулки 7 до ограничителя 9 за счет давления жидкости на шар 4.

Для цементной тампонажной смеси расчет выполняется в следующей последовательности:

1. определяем водоцементное отношение исходя из выбранного значения плотности тампонажной смеси:

,                                                      (10. 29)

где: ρ _в, ρ _ц, ρ _{ц. р} – плотность воды, цемента и цементного раствора соответственно, т/м³.

Плотность тампонажной смеси назначается в том случае, когда есть ограничения по гидростатическому давлению столба ее в скважине, нейденному из условия недопущения гидроразрыва, поглощения или задавливания пластового флюида.

Если тампонажная смесь используется в конкретной технологии тампонирования при доставке ее в тампонажных устройствах или закачивается с помощью насосов, то задаются величиной водоцементного отношения:

,                                                                         (10. 30)

где: m_в, m_ц – масса воды и цемента соответственно, т.

Величина А определяет консистенцию тампонажной смеси и влияет на выбор способа доставки ее в интервал тампонирования. В этом случае рассчитывают величину плотности тампонажной смеси по формуле:

, т/м³                                                    (10. 31)

2. масса цемента для приготовления 1 т цементного раствора:

m_ц⁽¹⁾= , т                                                     (10. 32)

3. масса цемента для приготовления массы цементного раствора:

m_ц⁽⁰⁾= , т                                                       (10. 33)

4. масса цемента для приготовления объема тампонажной смеси V_{т. с}=V_{ц. р}:

m_ц⁽⁰⁾= , т                                                          (10. 34)

5. потребный объем воды для 1 т цементного раствора:

V_в⁽¹⁾= , м³                                             (10. 35)

6. объем воды для цементного раствора массой m_{ц. р}:

V_в⁽⁰⁾= , м³                                             (10. 36)

Для цементно-песчаной тампонажной смеси расчеты выполняются в следующей последовательности:

1. определяем водоцементное отношение для цементно-песчаной тампонажной смеси при заданной ее плотности и песчано-цементном отношении:

,                                                  (10. 37)

где: Б – песчаноцементное отношение, величина которого задается исходя из наличия исходных материалов и требуемой прочности тампонажного камня, обычно Б=0, 15÷ 0, 3,

Б= ,                                                               (10. 38)

ρ _в, ρ _п, ρ _ц, ρ _{ц. п} – плотность воды, песка, цемента и цементно-песчаной тампонажной смеси соответственно, т/м³.

Как и в предыдущем расчете, при необходимости задания величины водоцементного отношения, плотность цементно-песчаной смеси рассчитывать необходимо по формуле:

, т/м³                                             (10. 39)

2. масса цемента для приготовления необходимого объема тампонажной смеси V_{т. с}= V_{ц. п}:

m_ц= , т                                                (10. 40)

3. масса цементно-песчаной смеси, получаемая из массы цемента m_ц:

m_{ц. п}= m_ц(А+Б+1), т                                                    (10. 41)

4. объем цементно-песчаной смеси, получаемых из массы цемента m_ц:

V_{ц. п}= m_ц( , м³                                         (10. 42)

5. масса воды для приготовления требуемого объема цементно-песчаной смеси V_{ц. п}:

m_в= , т                                                  (10. 43)

6. масса песка для получения того же объема тампонажной смеси:

m_п= , т                                                   (10. 44)

Для тампонажных смесей сложного состава, состоящих из более чем одной жидкой и более двух твердых фаз, расчет выполняется в следующей последовательности:

1. задаемся величиной водотвердого отношения:

А_т= ,                                                              (10. 45)

где: m_ж, m_с – масса жидких и сухих компонентов соответственно.

2. определяем сумму массовых долей сухих компонентов:

,                                                          (10. 46)

3. определяем сумму массовых долей жидких компонентов:

,                                                         (10. 47)

4. распределяем сумму массовых долей среди сухих компонентов в составе тампонажной смеси:

- сумма массовых долей сухих равна:

,                                             (10. 48)

где: , ,  - массовые доли 1, 2, n – компонентов соответственно, если число сухих компонентов равно 2, то:

,                                                       (10. 49)

где: m_с1, m_c2 – масса сухих компонентов 1 и 2 соответственно;

если число сухих компонентов 3, то:

,                                                (10. 50)

очевидно, что:

m_с= m₁+ m₂+ m₃,                                                    (10. 51)

5. распределяем сумму массовых долей жидких среди всех компонентов:

,                                        (10. 52)

аналогично n. 4:

,                                                     (10. 53)

 

,                                          (10. 54)

и

m_ж= m_ж1+ m_ж2+ m_ж3,                                           (10. 55)

6. рассчитываем массу сухих компонентов в составе тампонажной смеси по формуле:

, т                                        (10. 56)

где: , - массовые доли i-тых сухих и j-тых жидких компонентов;

   ρ _сi, ρ _жj – плотность i-тых сухих и j-тых жидких компонентов.

Удобно m_е рассчитывать при V_{Т. с}=1 м³.

7. масса жидких компонентов в составе тампонажной смеси, при V_{Т. с}=1 м³:

m_ж= m_с∙ А_Т                                                           (10. 57)

8. рассчитываем плотность тампонажной смеси:

ρ _{т. с}= ,                                                    (10. 58)

9. рассчитываем по формуле (4) потребный объем тампонажной смеси.

10. рассчитываем потребную массу тампонажной смеси для проведения тампонирования:

m_{т. с}=V_{т. с}∙ ρ _{т. с},                                                       (10. 59)

где: V_{Т. с} – объем тампонажной смеси по формуле (10. 21).

11. рассчитываем массу всех сухих компонентов в составе тампонажной смеси:

m_с1= m_{Т. с}∙

                                                          ……………..                                              (10. 60)

m_сn= m_{т. с}∙

12. рассчитываем массу всех жидких компонентов в составе тампонажной смеси:

m_ж1= m_{т. с}∙

            ……………..                                          (10. 61)

m_жn= m_{Т. с}∙

 

Расчет параметров гельцементных тампонажных смесей.

Гельцементные тампонажные смеси являются одним из примеров смесей сложного состава. Как правило массовые количества сухих и жидких компонентов в составе таких смесей устанавливаются экспериментально и пределы изменения их значений известны. Так наиболее технологично приготавливать гельцементные смеси на основе глинистого раствора, для приготовления 1 м³ которого расходуется 0, 8-0, 9 т воды и 0, 2÷ 0, 3 т глинопорошка. Затем в глинистый раствор вводится цемент в количестве 0, 03÷ 0, 07 т и жидкое стекло в количестве 0, 008-0, 015 т из расчета 1 м³ гленоцементной тампонажной смеси.

Расчет параметров гельцементных тампонажных смесей целесообразно проводить в следующей последовательности:

1. определяем водоглинистое отношение:

,                                                        (10. 62)

где: m_в, m_г – масса воды и глины для приготовления 1 м³ глинистого раствора, т.

2. плотность глинистого раствора рассчитывается по аналогии с плотностью цементной смеси (см. формулу (3)стр. 33):

, т/м³                          (10. 63)

3. масса глинистого раствора для получения 1 м³ гельцементной тампонажной смеси (ГЦТС):

m_{г. р.} =(1- , т                              (10. 64)

где: , - масса цемента и жидкого стекла соответственно для приготовления 1 м³ ГЦТС, т.

        ρ _ц, ρ _{ж. ст} – плотность цемента и жидкого стекла соответственно, т/м³

4. масса глины для приготовления 1 м³ ГЦТС:

, т                                (10. 65)

5. масса воды для приготовления ГЦТС:

m_в¹=m_{г. р}- m_г¹, т                                                 (10. 66)

6. водотвердое отношение для компонентов в составе ГЦТС:

,                                        (10. 67)

7. сумма массовых долей сухих компонентов:

,                                                     (10. 68)

8. сумма массовых долей жидких компонентов:

,                                        (10. 69)

9. распределяем  среди сухих компонентов в составе ГЦТС:

- цемента:

,                                                        (10. 70)

- глинопорошка:

,                                                                     (10. 71)

10. распределяем  среди жидких компонентов:

- жидкого стекла:

,                                                  (10. 72)

- воды:

,                                                      (10. 73)

11. масса сухих компонентов в составе 1 м³ ГЦТС:

, т                      (10. 74)

12. плотность ГЦТС:

, т/м³                (10. 75)

13. определяем объем ГЦТС для выполнения тампонажных работ по формуле (10. 21).

14. рассчитываем необходимое количество сухих и жидких компонентов для приготовления ГЦТС объемом, необходимым по п. 13.

эти расчеты выполняются с использованием формулы (10. 59-10. 61) как и для тампонажных смесей сложного состава.

 

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: