Смешивание бурового и тампонажного растворов в заколонном пространстве

 

В процессе цементирования скважин происходит смешивание тампонажного раствора с промывочной или буферной жидкостью. Несмешивание этих жидкостей возможно лишь в колонне, но изменение направления потока на 180° при выходе из башмака колонны в заколонное пространство неизбежно вызывает их перемешивание.

Смеси движущихся жидкостей образуются, в основном, двумя путями:

- внедрение одной жидкости в другую без перемешивания, вызываемое неодинаковыми скоростями движения слоев жидкости через поперечное сечение потока;

- перемешивание жидкостей в результате возникновения вихрей при течении и естественной диффузии.

В разных условиях течения жидкостей возможно преобладание первого или второго процесса образования их смеси.

При смешивании в заколонном пространстве тампонажного раствора с промывочной или буферной жидкостью между ними образуется переходная зона (смешивания) различной протяженности - от максимального содержания цемента до его отсутствия. Анализ результатов исследований состояния скважин после цементирования при различных режимах движения в них жидкостей показал, что размеры зон смешивания бурового и тампонажного растворов за колонной достигают 150 м при глубине скважины 1300 м и, как правило, увеличиваются с глубиной скважин до нескольких сотен метров.

Зона смешивания в заколонном пространстве скважин начинается сверху загустевшим буровым раствором с практически неизменившейся плотностью; с глубиной плотность смеси его с тампонажным раствором начинает снижаться, а затем повышается, и смешанный раствор сильно загустевает.

Образование в заколонном пространстве при закачке тампонажного раствора значительной по протяженности зоны смешивания его с буровым раствором приводит к повышению в 1, 4 - 1, 8 раза по сравнению с расчетным давления на устье скважины и может служить одной из причин недоподъема тампонажного раствора до проектной высоты (см. 3.1.1).

На рис.15 представлена классификация основных факторов, определяющих образование зоны смешивания бурового и цементных растворов.

Значительное количество и взаимовлияние этих факторов затрудняют определение реологии и размеров зон смешивания растворов. Однако разработаны способы приближенной, пригодной для практического применения оценки интервала зоны смешивания бурового и цементного растворов. В том числе для этой цели применим анализ диаграмм таких геофизических методов контроля за цементированием скважин как термометрия, рассеянного гамма-излучения и акустического (см. 3.2). В зависимости от геолого-технических условий строительства скважин, времени замера и чувствительности аппаратуры, реализующей эти методы, переходная зона смешивания бурового и цементного растворов более или менее четко отмечается на диаграммах таких методов плавным изменением регистрируемого параметра от минимальных до максимальных значений или наоборот.

Рис. 15. Основные факторы, обусловливающие образование зоны смешивания бурового и тампонажного растворов при цементировании скважин

 

В определенных условиях смешивания бурового и тампонажного растворов объем несхватившегося цементного раствора может достигать 20 % объема зацементированного интервала заколонного пространства. При содержании в буровом растворе от 0, 1 до 0, 6 % тампонажного раствора объем несхватившегося цемента можно оценить из соотношения:

где: - объем заколонного пространства;

Ре - безразмерный коэффициент Пекле.

Поэтому для компенсации потерь тампонажного раствора в зоне смешивания его с глинистым раствором в заколонном пространстве при цементировании скважин дополнительно закачивается до 20 % расчетного объема тампонажного раствора.

С целью уменьшения смешивания с буровым раствором при закачке тампонажного раствора применяют разделительные пробки. Цементирование без нижней разделительной пробки повышает вероятность сильного загрязнения определяющей качество цементирования последней порции тампонажного раствора невытесненными остатками промывочной жидкости на стенках скважины и обсадной колонны.

Значительно уменьшает смешивание бурового и тампонажного растворов применение буферных жидкостей, а также различных разделителей (например, вязкоупругого разделителя - BУP).

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: