Полегшені сухі тампонажні суміші з добавками-модифікаторами для цементування свердловин

Abstract

Дисертаційна робота присвячена питанням розроблення полегшених сухих тампонажних сумішей модифікованих хімічними добавками, для цементування свердловин родовищ нафти і газу, що характеризуються аномально низьким пластовим тиском, шляхом раціонального добору гранулометричного складу суміші та надання заданих властивостей системам з застосуванням технології сухого змішування. Досліджено вплив мінеральних добавок різного походження на властивості суміші та методом математичного планування підібрано оптимальний вміст добавок у полегшених тампонажних цементах; встановлено особливості структуроутворення таких систем за підвищених температур тверднення; визначено комплексну взаємодію хімічних добавок різного функціонального призначення спрямовану на покращення технологічних та експлуатаційно-технічних характеристик сухих тампонажних сумішей; проведено промислове впровадження розроблених тампонажних матеріалів та розраховано економічну ефективність від їх використання. Диссертационная работа посвящена вопросам разработки облегченных сухих тампонажных смесей, модифицированных химическими добавками, для цементирования скважин месторождений нефти и газа, которые характеризируются аномально низким пластовым давлением, путем рационального подбора гранулометрического состава смеси и получения заданных свойств систем с использованием технологии сухих строительных смесей модифицированных. Комплексом проведенных исследований определены наиболее эффективные минеральные добавки, благодаря которым облегченные тампонажные цементы характеризуются улучшенными реологическими и физико-механическими свойствами. Методом математического планирования эксперимента проведена оптимизация составов облегченных тампонажных цементов согласно ДСТУ Б В.2.7-88-99. Исследованы физико-химические особенности гидратации тампонажных смесей с добавками метакаолина и цеолита. Определено, что особенные условия гидратации – повышенное водо-твердое отношение и температура 75 0С обусловливают образование конверсионно-стабильных AFm-фаз в виде моногидросульфоалюмината кальция, гидрогеленита, а также гидрограната плазолита. Введение добавок пластифицирующего и стабилизирующего действия в комплексе позволяет регулировать свойства облегченных тампонажных цементов. Последующая модификация смеси добавками антивспенивателями и функциональными полипропиленовыми волокнами улучшает структурно-физические и гидрофизические, а также физико-механические свойства раствора. Характерным является уменьшение модуля упругости и возрастание коэффициента Пуассона тампонажного раствора, что снижает вероятность трещинообразования цементного камня при твердении в заколонном пространстве. Благодаря высокой пуццолановой активности добавок метакаолина и цеолита тампонажный камень характеризуется повышением коэффициента коррозионной стойкости через 1 год до 1,07. Показано, что при повышенных термобарических условиях для обеспечения пролонгированных технологических свойств тампонажных смесей является необходимым присутствие в системе замедляющих добавок, наиболее эффективной из которых является нитрилотриметилфосфоновая кислота. Проведен промышленный выпуск разработанных облегченных тампонажных смесей согласно ТУ У 26.6-02071010-140:2010 на заводе ООО “Гелиос” в количестве 43,49 т. Данная смесь была использована ПАО “Укрнафта” при цементировании второй ступени Ø146х168 мм эксплуатационной колонны в условиях аномально низкого пластового давления в скважинах №10 и №21 Верхне-Масловецкого нефтяного месторождения Львовской области. Методом акустической цементометрии подтверждено высокое качество цементирования. Фактическая экономическая эффективность от внедрения разработанных облегченных тампонажных смесей при цементировании двух скважин составила 47,8 тыс. грн. The thesis covers the concerns of development of the light-weight dry oil-well materials, modified by chemical additives, for cementation of the oil- and gas- deposit boreholes with abnormally low stratum pressure by rational grading of the mixture and producing the systems with desired properties using the dry mix technology. Influence of different mineral additives on mix properties was investigated. Optimal content of additives in light-weight oil-well cements was established by the method of mathematical planning an experiment. The peculiarity of the structure formation of such systems at high temperatures of hardening was determined. The complex interaction of the different chemical additives intended to improve the processing and operating technical characteristics of dry oil-well mixtures was defined. Commercial introduction of the developed oil-well materials was implemented and the economic efficiency was estimated.