Загрязнение буровых растворов цементом

Загрязненные растворы на водной основе

При увеличение содержания твердой фазы в растворах определенной плотности на 1% сверх обычной нормы, стоимость поддержания свойств бурового раствора в определенных пределах возрастает более чем на 10%.

• Возрастает вязкость по воронке марша PV. VP. СНС за 10мин. фильтрация.
• Повышение содержания твердой фазы.
• Повышение МВT (эквивалента содержания бентонита).
• Снижение щелочности.

• Повысить рН до нормального.
• Добавить воды.
• Разбавить понизителями вязкости (дефлокулянтами).
• Максимально использовать оборудование очистки бурового раствора.
• Добавить раствор лигнит/полимер для регулирования фильтрации (НР-НТ)
• Добавить утяжелитель для получения нужной плотности.

• Отсутствие кальция. Снижение рН. и Рm.
• Низкое значение Рf. Высокое значение Mf.
• Повышенная водоотдача.
• Увеличение вязкость по воронке марша PV. VP. СНС бурового раствора.

• Повысить рН известью [Ca(OH) 2 ] рН с 9,5 до 10,0. Возможно, понадобится добавить к извести каустическую соду (NaOH).
• Поддерживать общую жесткость фильтрата на уровне от 150 до 200мг/л, чтобы защититься от повторного возникновения этой проблемы. Обычно это легко достигается обработкой известью [Ca(OH) 2 ]. Но не надо сбивать до 0.
• Добавить понизителя вязкости для химического диспергирования глин и контроля реологических свойств.
• При обезвоживании добавить воду.

• Высокая вязкость по воронке марша PV. VP. СНС.
• Высокая водоотдача.
• Высокое значение Рf ; Mf; и рН.
• Низкое Рm.
• Отсутствие кальция ( большое время).
• Данная проблема может появиться при добавление слишком большого количества кальцинированной соды (Na 2 CO 3 ) для смягчения морской воды.

Контроль за расходами.

• Старайтесь избегать обработки, регулируя общую жесткость фильтрата в пределах от 150 до 200мг/л.
• Не следует проводить предварительную обработку большим количеством кальцинированной соды (Na 2 CO 3 ).

• Добавить гипс (СаSO 4 ), чтобы удалить карбонат, путем осаждения его в виде СаСО 3 , и понизить рН до 9,5 – 10,5 (только ионы группы ОН-)
• Следить за количеством добавляемого гипса (СаSO 4 кг/м 3 ). При наличие в растворе слишком большого количества кальцинированной соды (Na 2 SO 4 ) возникают проблемы с вязкостью.
• Для химического диспергирования добавить необходимое количество понизителя вязкости .
• При обезвоживании добавить воду.
• Если кислый газ продолжает загрязнять раствор, то нормальной реакцией будет добавление каустической соды (NaOH), при этом образуется СО 3 2- и НСО 3 в зависимости от рН.
• Для достижения необходимого рН и для осаждения СаСО 3 можно добавить вместе известь Са(ОН) 2 и гипс (СаSO 4 ).

• Увеличение фильтрации API и НТ – НР вязкости по воронке марша PV. VP. СНС.
• Снижение рН и Pf /Mf.
• Увеличение содержания ионов Cl мг/л. Увеличение кальциевой жесткости мг/л.
• В случае высококонцентрированных солевых растворов можно заметить явное увеличение Mg 2+ .

Контроль за расходами.

• Особое внимание должно уделяться типу встреченного соляного пласта. Для предотвращения образования крупных пустот растворения, возможно потребуется насыщение раствора.
• При встрече с проявлением соленой воды, решение данной проблемы может потребовать расходов в размере 15% и более от среднесуточной стоимости бурового раствора.

• Обработка понизителями вязкости, для снижения вязкости, статического и предельного напряжения сдвига.
• Отрегулировать значение рН, используя каустическую соду (NaOH).
• При потере фильтрата добавить полимеры.
• При сохранение концентрации соли или в случае перехода системы бурового раствора в систему насыщенного солевого раствора для поддержании вязкости нужно использовать предварительно затворенный бентонит или полимеры.
• При слишком высоком содержании твердой глинистой фазы, возможно, потребуется разбавление водой.

• Увеличение фильтрации API и НТ – НР .
• Высокое значение рН; Pm; Pf / Mf.
• Высокое содержание кальция.

Контроль за расходами.

• Предварительная обработка раствора, уменьшающая вредное влияние цемента, может вызвать проблемы.
• При предварительной обработке бикарбонатом (NaHCO 3 ), перед разбуриванием цемента, не вводить бикарбонат более 1,2 – 2 кг на 1м 3 бурового раствора. Для последующей обработки необходимый объем бикарбоната может быть рассчитан как 1,68 * Рm кг/м 3
• Очень малое количество затвердевшего цемента вступает в реакцию с бикарбонатом натрия. Это может привести к проблемам с загущением из за избыточной обработки бикарбонатом натрия (NaHCO 3 ).
• Стоимость обработки раствора загрязненного цементом может составлять 100% среднесуточной стоимости бурового раствора.
• При высокой степени загрязнения следует рассматривать вариант с известью Ca(OH) 2 .

1. Цемент является одним из наиболее часто встречающихся загрязнителей.

2. Сильно загрязненный раствор необходимо сбрасывать.

3 . Нельзя обрабатывать загрязненный цементом раствор кальцинированной содой (Na 2 CO 3 ).

4. Старайтесь снизить рН загрязненного раствора. Если уровень рН низкий, то высокие концентрации растворимого кальция не будут иметь вредных последствий. Лучше всего проводить обработку бикарбонатом (NaHCO 3 ). Обработка бикарбонатом до разбуривания цемента может быть использована только при pH раствора выше 8.3. Помните, что загрязнение цементом дает наихудшие последствия в случае, если цементный раствор не схватится. Полностью затвердевший цемент вызывает меньше проблем при загрязнении.

Источник

2.7. Примеси, загрязняющие буровой раствор

Во время бурения и цементирования скважины буровой раствор может загрязнятся различными материалами. Наиболее распространенными являются следующие: Хлорид натрия (поваренная соль) попадает в систему бурового раствора в результате разбуривания соляных куполов, пластов каменной соли, или любых пластов содержащих соленую воду. Загрязнение приводит к увеличению вязкости, ПНС и прочности геля, понижению водородного показателя рН. В этом случае параметры буревого раствора регулируются путем добавления разжижителей, а для повышения рН в раствор добавляют каустиническую соду. Ангидрит и гипс являются формами сульфата кальция (СаSO₄). Гипс содержит воду (СаSO₄ •Н₂О), а ангидрит нет (СаSO₄). При контакте с буровым раствором повышается пластическая вязкость, ПНС и прочность геля. Методы борьбы заключаются в добавлении каустической соды и хромлигносульфонатов. Цемент проникает в буровой раствор вследствие неудачного цементирования или при цементировании под давлением. В этом случае повышается пластическая вязкость, ПНС и прочность геля. В этом случае в буровой раствор добавляют бикарбонат натрия, который при контакте с цементом осаждает нерастворимый осадок в виде карбоната кальция: NaHCO₃+Ca(OH)₂→CaCO3+NaOH+H₂O.

2.8. Оборудование для регулирования параметров раствора

1. приемный резервуар, содержащий кондиционный буровой раствор, который будет закачен в скважину;
2. секция добавления в раствор реагентов и смешения раствора;
3. секция удавления из раствора нежелательной твердой фазы.

3. Уравнения гидромеханики (мсс) [1]

3.1. Кинематика сплошной среды

Общая задача кинематики – описание движения среды. Так как сплошная среда представляет собой непрерывную совокупность точек, то описание движения среды — значит, описать движение всех ее точек.

Существует два исторически сложившихся способа задания движения – Лагранжа и Эйлера.

Способ Лагранжа заключается в задании кинематических уравнений движения в виде совокупности переменных Лагранжа (_i, t):

Здесь, текущее координата x_i определяется координатами фиксированной точки среды _i и временем t.

Основная задача МСС – определение закона движения (2.1).

Задание движения проекции скоростей и ускорений точек среды на оси координат определяются как:

Способ Эйлера заключается в задании переменных скорости и ускорения как функции переменных Эйлера — координат точек пространства x_i и времени t:

Основное различие между методами Лагранжа и Эйлера состоит в том, что с точки зрения Лагранжа нас интересуют законы изменения положения, скорости, ускорения и других величин данной индивидуальной точки сплошной среды, а с точки зрения Эйлера – перемещение, скорость, ускорение и т.д. в точке пространства, мимо которой в данный момент проходит частица.

В настоящее время наиболее применяемым способом является способ Эйлера.

Запись уравнения движения среды в переменных Эйлера позволяет записать изменения расчетной (искомой) функции в виде:

Здесь — субстанционная ли полная производная; — локальная (местная) производная, характеризует изменение функции в данной точке пространства в единицу времени; — конвективная производная, характеризующая изменение функции по координатам.

Источник

Основные Положения

1. Цемент является одним из наиболее часто встречающихся наиболее сёрьезных загрязнителей.

2. Сильно загрязненные, растворы необходимо сбрасывать.

3. Нельзя обрабатывать загрязненный цементом раствор кальцинированной содой.

4. Старайтесь снизить рН загрязненного раствора. Если уровень рН низкий, то высокие концентрации растворимого кальция не будут иметь вредных последствий. Лучше всего проводить обработку бикарбонатом. В системах на пресной воде может понадобиться также обработка гипсом (или хлоридом кальция).

5. Другие реагенты, с помощью которых можно обработать раствор для снижения рН:

Разжижение морской водой (но не пресной)

В экстренных случаях (например, когда нет SAPP), можно рассмотреть добавление соляной кислоты, хлорида магния, феррохромлигносульфоната или лигнита.

6. Старайтесь не допускать загрязнения цементом в случае, если в растворе применяется (или применялся) лубрикант на основе растительного масла, такой как VALUBE NP. При гидролизе растительного масла может произойти смачиваемость твердой фазы маслом, что может привести к выпадению барита в осадок или к захватыванию воздуха.

7. Не допускайте временного быстрого роста вязкости, если общая жесткость раствора высока. Загрязнение цементом приводит к выпадению в осадок растворимого магния в виде водного геля, который может вызвать резкие колебания вязкости. Со временем, этот эффект исчезнет, т.к. гпдроксид магния кристаллизуется в более твердую форму.

8. Помните, что загрязнение цементом дает наихудшие последствия в случае, если цементный раствор не схватился. Полностью затвердевший цемент вызывает меньше проблем при загрязнении.

9 Объем цемента в буровом растворе может быть рассчитан из значения Pm.

Последствия Загрязнения Цементом

Главным последствием загрязнения цементом является резкий рост рН н и содержания растворимого кальция. Из этих двух последствий наиболее важным является рост рН, который приводит к:

1. Флокуляции твердой фазы и последующий рост вязкости. В отсутствии диспергаторов флокуляция начнется при рН ± 11,2.

2. Выпадению в осадок анионных полимеров, таких как КМЦ или РАС Р (R), ведущее к резкому росту водоотдачи. Выпадение в осадок анионных полимеров происходит вследствии одновременно высокого уровня рН и кальция. Однако, как указывалось выше, уровень рН является наиболее важным фактором. Полимеры, такие как РАС Р (R) наилучшим образом функционируют при концентрации кальция от 1000 до 2000 мг/л, если значение рН сохраняется на уровне ниже 10. При нейтральных значениях рН полимеры могут выдержать концентрацию кальция ±5000 мг/л Са 2+ .

3. Выпадению любых количеств растворенного магния в осадок в виде гидратированного геля. Если концентрация растворенного магния высока (т.е. при высокой общей жесткости), это может привести к резкому (но временному) росту вязкости и снижению водоотдачи. Со временем, осадок гидроксида магния кристаллизуется в менее гидратированную форму и повышенная вязкость исчезает.

4. Гидролизу растительных масел в растворе. Такие масла обычно входят в состав лубрикантов, таких kак valube NP. Гидролиз ведет к образованию кальциевого мыла, которое может привести к смачиваемости барита маслом и его быстрым поглощениям.

Другой возможностью является захват воздуха частично смоченными маслом поверхностями частиц твердой фазы. Это ведет к образованию пены, трудно поддающейся обработке большинством пеногасителей. Такой гидролиз наиболее вероятен при высоких температурах.

Обработка Растворов Против Загрязнения Цементом

Необходимо сбрасывать сильно загрязненный раствор. Если это невозможно, постарайтесь изолировать раствор в доливной емкости. Обработка должна быть направлена на снижение рН. Это обычно достигается добавлением бикарбоната.

Можно применять также добавление SAPP или разбавление морской водой (или солоноватой водой с высокой общей жесткостью).

В экстренных случаях можно произвести обработку соляной кислотой, хлоридом магния или ФХЛС/хромлигнитом.

Далее приводится более подробная информация по этим обработкам:

I. Бикарбонат Натрия

Если рассматривать цемент как гидроксид кальция, то имеет место следующая реакция:

а. Са(ОН)2 + NaHCO3——— > СаСОз ↓ + NaOH +H2О

b. NaOH + NаНСОз—— > Na2CO3 + Н2О

т.е. Са(ОН)2 + 2NaHC03 -——> СаСОз ↓ + Na2C03 + H2O

Обратите внимание; что побочным продуктом этой реакции является

. кальцинированная сода (Na2C03). Это все же довольно сильная щелочь, но она может быть нейтрализована растворимыми ионами кальция. Обычно, количество присутствующих в растворе ионов является достаточным для нейтрализации и поэтому будет происходить падение рН. Однако, в растворах на основе пресной воды может возникнуть необходимость в источнике ионов кальция (например гипс или хлорид кальция) для того, чтобы уровень рН упал.

Обработку бикарбонатом предпочтительно проводить до разбуривания цемента. Обычно, концентрация от 0,5 до 1.0 ф/бар (1,43-2,86 кг/м 3 ) является достаточной, однако если количество цемента больше обычного, то необходимо увеличить концентрацию. Для последующей обработки необходимый объем бикарбоната может быть рассчитан, как:

0,59 х Рm фунт./бар. или 1.68 х Рm кг/м 3

Примечание: При избыточном количестве бикарбоната в бентонитовых растворах могут возникнуть проблемы, особенно при высоких температурах.

sapp представляет собой пирофосфат натриевой кислоты Na2P2O5(OH)2. Kaк видно из названия — это кислая соль, дающая в воде рН равный от 4 до 4,5. Поэтому, SAPP очень -эффективен для снижения высокого рН, вызванного загрязнением раствора цементом и для удаления избыточного растворимого кальция в виде нерастворимого фосфата кальция.

В качестве реагента для обработки раствора против загрязнения цементом, sapp можно применять независимо от температуры и концентрации кальция.

Обработка избыточными количествами SAPP может вызвать проблемы в глинистых растворах из-за очень сильного дефлокулирующего эффекта, но в полимерных растворах это менее вероятно. Рекомендуетсл проводить пилотные испытания.

3. Соляная Кислота (HCI).

Обычно соляная кислота не входит в перечень реагентов, хранящихся на буровых, но ее легко достать и если отсутствуют бикарбонат или SAPP, то можно применять соляную кислоту. Безусловно, соляная кислота требует осторожного обращения. Концентрированная кислота должна добавляться непосредственно в активную систему. Никогда нельзя пытаться первоначально разбавлять кислоту в химической бочке. Тепло, выделившееся в результате контакта с малым количеством воды, может привести к кипению или разбрызгиванию раствора.

4. Хлорид Магния

Добавление хлорида магния ведет к снижению рН. Происходит следующая реакция:

Mg 2+ + 2ОН — ——> Mg(OH)2↓

Однако, выпадение в осадок больших количеств гидроксида магния может иметь нежелательные побочные эффекты. Поэтому, обработка хлоридом магния должна рассматриваться только в экстренных случаях и проводиться только после пилотных испытаний.

5. Разбавление Морской Водой

Разбавление морской водой снижает рН, поскольку в морской воде содержится примерно 1200 мг/л растворенного магния. Поэтому, происходит реакция, описанная в п. 5.

Помните, что разбавление пресной водой существено не снизит уровня рН. поскольку рН является логарифмической функцией. Чтобы снизить рН с 11,5 до 10,5, теоретически необходимо произвести разбавление 10-кратным объемом дистиллированной воды.

Для разбавления же морской водой теоретически нужен всего лишь 3%-ный объем. На практике, однако, потребуется больший объем из-за присутствия нерастворенного цемента.

6, ФХЛС. Хромлигнит и т.д.

Лигносульфонаты и ЛИГНИТЫ предстаиляют собой слабые органические кислоты, которые обычно понижают рН. Некоторые лигниты находятся уже до некоторой степени в нейтрализованном состоянии (например лигнит, обработанный каустиком), но большинство являются эффективными для снижения рН.

1. Добавление Кальцинированной Соды

НЕЛЬЗЯ ДОБАВЛЯТЬ КАЛЬЦИНИРОВАННУЮ СОДУ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРОТИВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ЦЕМЕНТА.

Добавление кальцинировашюй соды увеличивает рН, преобразуя цемент в более растворимую каустическую соду. Имеет место следующая реакция:

Са(ОН)2 + Na2C03 ——> СаСОз ↓ +2NaOH

2. Преобразование в Известковый Раствор

В исключительных обстоятельствах имеет смысл рассмотреть возможность преобразования системы в известковый раствор. Это может потребоваться если, например, раствор сильно загрязнен цементом, а для обработки против загрязнения нет подходящих химреагентов или если ожидаются большие работы по разбуриванию цемента.

Для преобразования в известковый раствор просто добавьте каустической соды до снижения уровня растворимого кальция до 300 мг/л или ниже. Для этого обычно требуется примерно от 2,0 до 2.5 фунт./бар. (5,72-7,15 кг/м 3 ) каустической соды (предполагая, что присутствует избыточное количество гидроксида кальция).

Обычные эксплуатационные характеристики известкового раствора:

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Загрязнение цементного раствора буровым может быть значительно снижено, если между ними закачивать буферную жидкость. В качестве буферной жидкости наиболее широко применяют воду вследствие малой вязкости, что позволяет создавать турбулентный поток при значительно меньших давлениях нагнетания по сравнению с более вязкими жидкостями. Вода также имеет низкую плотность, что помогает ей образовывать каналы в буровом растворе при закачивании, а также разрушать структуру бурового раствора за счет турбулентности потока. С водой смешивают реагенты-разжижители для снижения вязкости и диспергирования бурового раствора, что способствует более эффективному вытеснению последнего из скважины. [1]

Загрязнение цементных растворов промывочной жидкостью и другими видами материалов значительно влияет на процесс затвердения цемента. [2]

Для уменьшения степени загрязнения цементных растворов органическими химическими реагентами, содержащимися в буровом растворе, которым была заполнена скважина перед цементированием, применяют специальные добавки. Эти добавки, обладая определенной избирательностью действия, нейтрализуют отрицательное влияние реагентов, содержащихся в остатках невытесненного из скважины бурового раствора. [3]

Цементировочные пробки применяют для ограничения загрязнения цементного раствора буровым и разделяют цементный раствор снизу и сверху при движении по обсадной колонне. Корпус пробки имеет ребристую форму, чтобы удалять с внутренней поверхности обсадной колонны пленку бурового или цементного раствора. Пробки делятся на нижние и верхние. [4]

При цементировании для устранения глинистой корки и предупреждения загрязнения цементного раствора буровой жидкостью перед цементным раствором вводят разделительную пробку из состава MF для улучшения качества цементирования скважины. Положительный эффект достигается вследствие смачиваемости водой стенок эксплуатационной колонны ( которая приводит к хорошему схватыванию цемента с металлическими стенками), также и предотвращения нарушений сплошности цемента за счет полного вытеснения бурового раствора. При высокой проницаемости продуктивного пласта наилучшие результаты получают при использовании некислотного состава в качестве разделительной пробки между буровой жидкостью и раствором цемента, поскольку кислота может вызвать потери циркуляции, снижающие качество цементирования. [5]

Для — лого обычно используют 73-мм НК. Считают, что в результате этого мероприятия уменьшается перемещение тампонажного раствора при подъеме из него труб, снижается вероятность загрязнения цементного раствора буровым, исключается проникновение флюида из изолируемого пласта. [6]

Для определения высоты подъема цемента за обсадной колонной измерения проводят от устья до забоя скважины после затвердевания цемента, но не позже, чем через 2 сут после цементирования колонны для нормально схватывающихся цементов и через 15 — 30 ч после окончания заливки. Эффективность определения высоты подъема цемента по температурной аномалии снижается в высокотемпературных скважинах, при использовании низкосортных цементов ( глино — и гельце-менты), в случае загрязнения цементного раствора или односторонней заливки. [7]

Этот способ по сравнению с предыдущим имеет ряд преимуществ. В частности он позволяет: снизить гидростатическое давление на пласт при высоких уровнях подъема цемента, существенно увеличить высоту подъема цементного раствора в затруб-ном пространстве без значительного роста давления нагнетания; уменьшить загрязнение цементного раствора от смешения его с промывочной жидкостью в затрубном пространстве; избежать воздействия высоких температур на свойства цементного раствора, используемого в верхнем интервал-е, что, в свою очередь, позволяет более правильно подбирать цементный раствор по условиям цементируемого интервала. [8]

Этот способ по сравнению с предыдущим имеет ряд преимуществ. В частности он позволяет: снизить гидростатическое давление на пласт при высоких уровнях подъема цемента, существенно увеличить высоту подъема цементного раствора в затруб-ном пространстве без значительного роста давления нагнетания; уменьшить загрязнение цементного раствора от смешения его с промывочной жидкостью в затрубном пространстве; избежать воздействия высоких температур на свойства цементного раствора, используемого в верхнем интервале, что, в свою очередь, позволяет более правильно подбирать цементный раствор по условиям цементируемого интервала. [9]

Закачивание жидкости мад-суип после цементного раствора при цементировании под давлением предотвращает канало-образование в цементном растворе и загрязнение последней его порции вытесняющей жидкостью. Это, по мнению фирмы Байрон Джексон, является одной из самых критических стадий цементирования под давлением, так как если цементный раствор в достаточной мере загрязнен буровым раствором, то цементный камень, заполняющий перфорационные отверстия, может быть ослаблен, что может повлечь необходимость проводить в дальнейшем исправительное цементирование. Однако, если между вытесняемым буровым раствором имеется прослойка мад-суипа, то вероятнос гь загрязнения цементного раствора становится ничтожно малой. [10]

Обсадная колонна должна опускаться быстро в заполненную раствором скважину и доводиться до забоя. После этого восстанавливается циркуляция, раствор закачивается внутрь обсадной колонны и по кольцевому пространству поднимается на поверхность. Эта операция производится для того, чтобы удалить срезанную скребками со стенок скважины породу. Через некоторое время приступают к закачке пресной воды или соленого раствора, чтобы размыть глинистую корку, образовавшуюся на стенках скважины, и таким образом до минимума свести возможность загрязнения цементного раствора глиной и химикатами, входившими в состав промывочной жидкости. [11]

Источник