3.1.2. 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.

47

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 тампонажно-го 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

48

Характеристика пород, слагающих разрез скважины

Водоотдача цементного раствора

Кавернозность отвала

Характер течения в затрубном пространстве

Расхаживание, проворачивание

колонны при цементировании скважины

Характер течения в колонне

Техника затворения и закачки цемента

Разность удельных весов

цементного и глинистого

растворов

Р еология тампонажного раствора

Время закачки и продавки цементного раствора

Реология глинистого раствора

Гидродинамика процесса цементирования

К ривизна и конструкция скважины

Реология зоны смешения

Дополнительное оборудование

колонны (скребки, пружины,

фонари, турбулизаторы)

X

Наличие буферной

жидкости, ее объем,

свойства

Концентричность

расположения колонны

в стволе скважины

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

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.

В определенных условиях смешивания бурового и тампо-нажного 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 У_ц можно оценить из соотношения

V_ˆ/VÁ.Ò = 2,47/ê^Â, (14)

где Vj.c ~~ 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 - ВУР).