Оценка эффективности применения дизельного топлива в качестве буферной жидкости

С целью снижения гидростатического давления столба жидкостей при цементировании скважин рекомендовалось использование в качестве добавки к буферной жидкости расчетного объема нефтепродукта (нефти, дизельного топлива и др.). Применение буферных жидкостей на нефтяной основе должно способствовать возникновению ранней турбулизации цементного раствора в зоне смешивания его с глинистым и, следовательно, облегчать вытеснение последнего.

С учетом изложенного было проведено промысловое испытание дизельного топлива в качестве буферной жидкости при цементировании скв. 558 месторождения Самотлор [71]. С целью уменьшения смешивания дизельного топлива с раствором в колонне использовалась нижняя разделительная пробка диафрагменного типа конструкции ВНИИКРнефть.

Проведенное для оценки эффективности применения дизельного топлива сопоставление результатов интерпретации гамма-гамма-цементограмм и кавернограмм по скв. 558 и двум соседним - 557 и 6039, в которых в качестве буферной жидкости использовалась вода, позволило установить, что, несмотря на повышенную кавернозность зацементированной части скв. 558, по сравнению с соседними скважинами, плотность цементного камня и однородность заполнения им заколонного пространства в скв. 558 оказались больше, чем в скв. 557 и 6039. Кроме того, отмеченная на цементограммах переходная зона между глинистым и цементным растворами в заколонном пространстве (зона смешивания этих растворов) в скв. 558 значительно меньше, чем в скв. 557 и 6039, что, вероятно, обусловлено более равномерным вытеснением промывочной жидкости за колонной в процессе цементирования.

В то же время сопоставление акустических цементограмм этих скважин показало, что, несмотря на большую плотность и однородность цементного камня в скв. 558, количество и протяженность интервалов с наличием контакта цементного камня с колонной, а, следовательно, и значение , в ней значительно меньше, чем в скв. 557. Это можно объяснить образованием на наружной поверхности обсадной колонны (вследствие применения дизельного топлива) масляной пленки, создающей микрозазор между цементным камнем и колонной. Возможно также, что уменьшение интервалов наличия контакта цементного камня с колонной и, следовательно, в скв. 558 вызвано ее повышенной кавернозностью или же совместным влиянием обоих факторов. Отсюда следует необходимость учета этих факторов при оценке по данным АКЦ эффективности применяемых усовершенствований цементирования скважин.

Возможность определения прочностных параметров цементного камня

Существующие статические методы определения деформационных свойств тампонажного камня, характеризующих его прочность (модуля упругости, модуля сдвига) и коэффициента Пуассона далеко несовершенны, а в условиях скважин применение этих методов невозможно.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования показали, что использование акустического метода значительно облегчает и ускоряет решение этой задачи, а дальнейшее его совершенствование может позволить получать информацию о прочностных характеристиках цементного камня в условиях скважин [100].

Ультразвуковая волна проходит через цементный камень со скоростью, значение которой зависит от его прочностных свойств. Зависимость скоростей распространения в тампонажном камне продольной Vp и поперечной V_S волн от этих свойств выражается формулами:

где: Е - модуль упругости, Па;

m - коэффициент Пуассона;

- плотность, кг/м³;

G - модуль сдвига, Па.

Из решения этих уравнений относительно m, следует:

Аналогичным образом можно получить выражения для Е и G.

Известно, что кроме продольных поперечные акустические волны можно возбуждать в твердых телах путем изменения утла ввода в них акустического сигнала или конструкции излучателя. Исходя из этого положения, для определения скорости распространения в тампонажном камне продольных и поперечных волн была разработана и изготовлена установка, позволяющая проводить такие определения в условиях, приближенных к скважинным (рис.88).

Корпусом этой установки является толстостенный цилиндр 10, рассчитанный на рабочее давление 1, 5-10⁸ Па. Цилиндр помещен в электрообогревательную рубашку 21. В верхнюю часть цилиндра вставлена байонетная головка 13 с сальниковым уплотнением 14, через которую проходит герметизированный сальниками 2 валик 3. На его резьбовой части размещен ползун 8 с акустическим приемником 19. Для выдерживания нагрузок от внутреннего давления валик опирается на подшипник 4. В байонетную головку вмонтированы герметизированные электровводы 5 для электрического соединения с акустическим приемником 19 и излучателем 7; последний вместе с шарнирной стойкой закреплен на байонетной головке.

 

Рис.88. Установка для измерения скоростей распространения продольных и поперечных волн

Изменение угла ввода акустического сигнала от излучателя осуществляется штоком 15, герметизированным сальником 12, одновременно воспринимающим нагрузку от внутреннего давления. Образец (" балочка" ) тампонажного камня 16 в изоляторе 17 крепится к плите 6. Между акустическим приемником и излучателем помещен экран 18.

Для повышения надежности крепления и улучшения условий исследования испытываемого образца тампонажного камня на байонетной головке предусмотрены шпилька под плиту и стержень 9 с поворотным рычагом 20.

Камера в рабочем положении заполнена маслом. Давление в нее подается через штуцер. Сигналы от импульсного генератора 1 возбуждают излучатель акустических колебаний, которые, проходя дважды через масло и образец тампонажного камня, попадают в акустический приемник-преобразователь, а поступающие из него через электровводы электрические аналоги акустических колебаний регистрируются осциллографом 11.

Для определения скорости распространения в тампонажном камне продольной волны штоком 15 устанавливают угол ввода акустического сигнала меньше первого критического утла. Акустический сигнал от излучателя проходит через цементный камень в приемник, а его вступление регистрируется осциллографом. Затем с помощью штока 3 приемник перемещается на другое расстояние от излучателя, от которого снова подается акустический сигнал и определяется время его прихода в приемник с помощью осциллографа, регистрирующего время прохождения сигнала по участку тампонажного камня между излучателем и приемником. Зная длину пути и время его прохождения, находят скорость распространения продольных колебаний в образце-балочке тампонажного камня.

Для расчета скорости прохождения через образец тампонажного камня поперечных волн устанавливали угол ввода акустического сигнала между первым и вторым его критическими значениями. Остальные проводимые операции были аналогичны описанным выше.

Определив скорости распространения продольной и поперечной волн, из выражений (37) и (38) находили значения прочностных параметров образцов тампонажного камня при заданных температуре и давлении.

Установка была использована для исследования образцов тампонажного камня, извлеченных из вышеописанных моделей зацементированных скважин. Из цементного камня изготовлялись стандартные образцы-балочки размером 40х40х х160 мм, которые в созданной установке " прозвучивали" по четырем граням.

Полученные с помощью этой установки значения скоростей распространения продольных и поперечных волн легли в основу расчетов, по которым были построены графические зависимости (рис.89). Их анализ показывает, что с ростом предела прочности образцов тампонажного камня на сжатие до 2, 3-10⁷ Па наблюдается увеличение скорости продольной волны Vр сначала достаточно резкое, а затем менее интенсивное. С уменьшением значения коэффициента Пуассона m и увеличением значения модуля упругости цементного камня скорость акустических волн возрастает. Аналогичный, но более плавный характер изменения скорости имеют и поперечные волны.

Ошибка при оценке с помощью созданной установки скоростей продольных и поперечных волн, составляющая около 1 %, не приводит к большой погрешности в определении прочностных параметров тампонажного камня.

Так как модели скважин цементировали и исследовали в атмосферных условиях, то и " прозвучивание" в установке производили в тех же условиях. Но созданная установка позволяет осуществлять исследования при высоких температурах и давлениях. Кроме того, прочностные параметры цементного камня можно определять в ней не только на стандартных балочках, так как для этого достаточно иметь образец произвольной формы, у которого поверхность обработана по одной грани.

Из изложенного также следует, что принцип работы созданной установки может быть использован для определения прочностных параметров тампонажного камня в скважинных условиях, однако для его реализации в этом направлении необходимы проведение дополнительных исследований и опытно-конструкторские разработки (ОКР).

 

Рис.89. Зависимости скоростей распространения поперечной (сплошная линия) и продольной (пунктирная) волн от предела прочности при сжатии (1), коэффициента Пуассона m (2) и модуля упругости (3) образцов тампонажного камня

 

⇐ Предыдущая20212223242526272829Следующая ⇒

Поделиться: