БУРЕНИЕ СКВАЖИН
УДК 622.245
© А.М. Пастухов, Г.М. Толкачев, 2014
Оценка теплопроводности магнезиального цемента для цементирования обсадных колонн, перекрывающих многолетнемерзлые породы
А.М. Пастухов, Г.М. Толкачев, к.т.н. (Пермский национальный исследовательский политехнический университет)
Адрес для связи: bngs008@pstu.ru
Ключевые слова: цементирование обсадных колонн, многолетнемерзлые породы, магнезиальный цемент, цементный камень, теплопроводность.
Evaluation of thermal conductivity of the plugging material cement stone based on magnesia cement for cementing casing columns, overlaping permafrost sediments
A.M. Pastukhov, G.M. Tolkachov
(Perm National Research Polytechnic University, RF, Perm) E-mail: bngs008@pstu.ru
Key words: cementing casing columns, permafrost, magnesia cement, cement stone, thermal conductivity.
The results of laboratory studies of thermal conductivity of cement stone of plugging materials based on magnesia cement, designed for cementing casing columns, overlaping permafrost sediments, are given. The influence of various additives on the thermal conductivity of cement stone is established by the executed works.
При строительстве скважин с наличием в разрезе многолетнемерзлых пород актуальной остается проблема обеспечения качества цементирования обсадных колонн [1, 2], при котором существенно снижаются риски возникновения таких осложнений, как межколонные перетоки, грифонообразования, приустьевые провалы, смятие обсадных колонн и др.
Анализ осложнений, возникающих при бурении скважин в указанных породах [3], позволяет сделать вывод, что причиной большинства из них является растепление пород в приствольной зоне. Следовательно, независимо от конструкции скважины, способа бурения, вида и температуры бурового раствора тампонажный раствор и цементный камень должны обладать высокими и стабильными теплоизоляционными характеристиками для предотвращения растепления многолетнемерзлых пород как в процессе последующего бурения скважины, так при ее эксплуатации. Цементный камень в составе крепи скважины, характеризующийся низким коэффициентом теплопроводности, предупреждает гидратооб-разование на стенках труб в зоне многолетнемерзлых пород и снижение дебита скважины [2]. Получение такого цементного камня возможно при использовании тампонажного материала с включением в него добавок с высокими теплоизоляционными свойствами.
В научно-исследовательской лаборатории «Технологические жидкости для бурения и крепления скважин» Пермского национального исследовательского политехнического университета разработан тампонажный материал на основе магнезиального вяжущего для цементирования обсадных колонн, перекрывающих отложения мно-голетнемерзлых пород - МТМ-ММП [4-7]. Для получения на его основе цементного камня с пониженным коэффициентом теплопроводности использованы следующие добавки: микросферы (АСПМ); перлит (ПВ-М); древесная мука (ДМ-180); вермикулит (ВВФ-05) (табл. 1).
24 08'2014 НЕФТЯНОЕ ХОЗЯЙСТВО
Таблица 1
Добавка Коэффициент теплопроводности добавки, Вт/(м ■ К)
АСПМ 0,08
ПВ-М 0,05
ДМ-180 0,065
ВВФ-05 0,04-0,062
Коэффициент теплопроводности цементного камня определялся с помощью измерителя теплопроводности материалов «МИТ-1», предназначенного для замера теплопроводности строительных и теплоизоляционных материалов зондовым методом по ГОСТ 30256-94 «Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности цилиндрическим зондом». Принцип действия прибора основан на измерении темпа изменения температуры зонда за определенное время в процессе его нагрева при постоянной мощности [8].
Для проведения опытов использовались тампонаж-ные составы МТМ-ММП, сухая смесь которых содержала одинаковое количество добавок-понизителей теплопроводности (АСПМ, ПВ-М, ДМ-180 и ВВФ-05). Приготовление тампонажного раствора и формирование об-разцов-балочек размером 4x4x16 см цементного камня осуществлялись в соответствии с РД 39-2-584-81 «Методы контроля параметров тампонажных растворов и там-понажных материалов».
В образцах цементного камня сверлились отверстия необходимого размера [8]. Зонд прибора «МИТ-1» плотно вставлялся в подготовленное отверстие и проводился замер теплопроводности в соответствии с ГОСТ 30256-94 и руководством [8]. Измерения выполнялись при температуре образцов 20 и -5 °С.
Полученные значения коэффициента теплопроводности цементного камня с различными добавками приведены в табл. 2. Из нее следует, что все представленные тампонаж-
Таблица 2
Тампонажный материал Добавка Коэффициент теплопроводности цементного камня. Вт/(м • К), при температуре, °С
20 -5
ПЦТМ* - 0,70 0,70
МТМ-ММП - 0,65 0,65
МТМ-ММП АСПМ 0,61 0,61
МТМ-ММП ПВ-М 0,50 0,50
МТМ-ММП ДМ-180 0,57 0,56
МТМ-ММП ВВФ-05 0,60 0,60
*Портландцементный тампонажный материал.
ные материалы на основе магнезиального вяжущего имеют более низкий коэффициент теплопроводности, чем тампонажный материл на основе портландцемента. Наиболее эффективная добавка в составе МТМ-ММП - это ПВ-М.
Список литературы
1. Специальные тампонажные материалы для низкотемпературных скважин/П.В. Овчинников, В.Г. Кузнецов, А.А. Фролов (и др.). - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2002. - 115 с.
2. Бакшутов В.С. Минерализованные тампонажные растворы для цементирования скважин в сложных условиях. - М.: Недра, 1986. - 272 с.
3. Соловьев Е.М. Заканчивание скважин. - М.: Недра, 1979. - 303 с.
4. Козлов А.С., Пастухов А.М. Тампонажный материал для цементирования обсадных колонн в интервалах ММП//Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета Геология. Нефтегазовое и горное дело. - 2014. - № 10. - С. 42-48.
5. Толкачев Г.М., Асанов В.А., Фохт А.А. Оценка упругопрочностных свойств цементного камня тампонажного материала, предназначенного для цементирования скважин//Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета Геология. Нефтегазовое и горное дело. - 2013. - № 8. - С. 35-40.
6. Толкачев Г.М., Козлов А.С., Девяткин Д.А. К вопросу о способе снижения химической активности магнезиальных цементов для обеспечения безопасного применения их при цементировании обсадных ко-
лонн в нефтяных и газовых скважинах//Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета Геология. Нефтегазовое и горное дело. - 2013. - № 9. - С. 49-56.
7. Толкачев Г.М., Анисимова А.В. Исследование характера изменения технологических свойств цементного камня тампонажных составов, предназначенных для цементирования обсадных колонн в интервалах многолетнемерзлых пород//Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета Геология. Нефтегазовое и горное дело. - 2013. - № 9. - С. 57-65.
8. МИТ-1. Измеритель теплопроводности материалов. Руководство по эксплуатации. - Челябинск: «НПП «Интерприбор», 2008. - 36 с.
References
1. Ovchinnikov P.V., Kuznetsov V.G., Frolov A.A. et al., Spetsial'nye tampon-azhnye materialy dlya nizkotemperaturnykh skvazhin (Special plugging materials for low-temperature wells), Moscow: Nedra-Biznestsentr Publ., 2002, 115 p.
2. Bakshutov V.S., Mineralizovannye tamponazhnye rastvory dlya tsemen-tirovaniyaskvazhin vslozhnykh usloviyakh (Mineralized cement slurry for cementing wells in difficult conditions), Moscow: Nedra Publ., 1986, 272 p.
3. Solov'ev E.M., Zakanchivanie skvazhin (Well completions), Moscow: Nedra Publ., 1979, 303 p.
4. Kozlov A.S., Pastukhov A.M., Plugging material for cementing casing in the range of perennially frozen rocks (In Russ.), Vestnik Permskogo natsion-al'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. Geologiya. Neftegazovoe i gornoe delo, 2014, no. 10, pp. 42-48.
5. Tolkachev G.M., Asanov V.A., Fokht A.A., Estimating the elastic and strength properties of cement stone plugging material prescribed for well cementing (In Russ.), Vestnik Permskogo natsional'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. Geologiya. Neftegazovoe i gornoe delo, 2013, no. 8, pp. 35-40.
6. Tolkachev G.M., Kozlov A.S., Devyatkin D.A., A method to reduce chemical activity of magnesite cements to ensure safety in casing cementing in oil and gas wells (In Russ.), Vestnik Permskogo natsional'nogo issle-dovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. Geologiya. Neftegazovoe i gornoe delo, 2013, no. 9, pp. 57-65.
7. Tolkachev G.M., Anisimova A.V., Study of modifying technological properties of a cement sheath for casing cementing in permafrosts (In Russ.), Vestnik Permskogo natsional'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. Geologiya. Neftegazovoe i gornoe delo, 2013, no. 9, pp. 49-56.
8. MIT-1, Izmeritel' teploprovodnosti materialov. Rukovodstvo po eksplu-atatsii (Measurer of thermal conductivity of material. Operating Instructions), Chelyabinsk: Publ. of Interpribor, 2008, 36 p.
НЕФТЯНОЕ ХОЗЯЙСТВО
08'2014 25
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.