Тампонажный раствор

 

1. ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР, включающий цемент, минеральную добавку и воду, отличающийся тем, что, с целью улучшения однородности g3ji - jj f i .;, и повышения водоудерживающей способности тампонажного раствора, он содержит в качестве минеральной добавки гидрофобизированную клиноптилолитоглинистую горную породу при следующем соотношении компонентов в растворе , мас.%: Цемент30-41 Гидрофобйзированная клиноптилолитоглинистая горная порода 13-23 ВодаОстальное 2. ТампонажНый раствор по п. 1, отличающийся тем, что он содержит клиноптилолитоглинистую горную породу следующего гранулометрического состава, мас.%: Фракция 1-15 мкм 35-45 О) Фракция 15-30 мкм 40-45 Фракция 30-80 мкм 15-20

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (д) Е 21 В 33/138

1 Ь; 1;. ;r,.». Г; - °

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3500806/22-03 (22) 18. 10.82 (46) 23.06.84 Бюл. Ф 23 (72) Г.P Вагнер, Е.И.Прийма, Ib.È.Òàðàñåâè÷, Б.И.Краснов, В.M.Øåíбергер, Т.Г.Андроникашвили и К.M.M÷åäëèøâèëè (71) Институт коллоидной химии и химии воды им. А.В.Думанского и Ордена

Ленина главное тюменское производственное управление по нефтяной и rasoвой промышленности (53) 622.245.42(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 628289, кл. Е 21 В 33/138. (54)(57) 1. ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР, включающий цемент, минеральную добавку и воду, отличающийся тем, что, с целью улучшения однородности и повышения водоудерживающей способности тампонажного раствора, он содержит в качестве минеральной добавки гидрофобиэированную клиноптилолитоглинистую горную породу при следующем соотношении компонентов в растворе, мас.X:

Цемент 30-41

Гидрофобиэированная клиноптилолитоглинистая горная порода 13-23

Вода Остальное

2. Тампонажный раствор по п. 1, отличающийся тем, что он содержит клиноптилолитоглинистую горную породу следующего гранулометрического состава, мас.Х:

Фракция 1-15 мкм 35-45

Фракция 15-30 мкм 40-45

Фракция 30-80 мкм 15-20

Изобретение относится к тампонажным растворам для цементирования скважин с температурой ствола не выше 80 С, в том числе в условиях вью сокопроницаемых пластов с низким дав- g лением и может быть использовано в

Ъ нефтегазовой промышленности и горном деле.

-Наиболее близким по составу и технической сущности к предлагаемому яв- 1О ляется тампонажный раствор пониженной плотности, содержащий цемент, глину, гидрофобизированный клиноптилолит и воду при следующем соотношении компонентов, мас.7: 15

Цемент 40,2-40,9

Глина 1,0-2,6

Гидрофобизированный клиноптилолит 8,0- I 2- I

Вода Остальное 20

В известном растворе достйжение необходимого технологического эффекта осуществляется при реализации совокупного действия двух видов минеральных компонентов — глины и клино- 25 птилолита, обладающих существенно различными размерами и структурой частиц. Глинопорошок, способный пептизироваться в воде до агрегатов размером 1-15 мкм, выполняет преимущест- 3g венно функцию водоудерживающей добавки. Гидрофобизированный органическими веществами (0,001 мас.7. ГКЖ-94, ГКЖ-10, триэтаноламин, октадециламин, двучетвертичные аммониевые соли "это35 ний и т.п.) клиноптилолитовый порошок, имеющий средний размер кристаллов 80 мкм, служит в качестве компонента, снижающего контракцию и упрочняющего цементный камень Ц .

Однако большие колебания плотности раствора при затнорении (1,481,55 г/см ) и высокое водоотделение (до 6%), приводящие к возрастанию продавочного давления, недоподъему известного тампонажного раствора до устья скважины и неравномерной почнтервальной прочности цементного кольца. Эти недостатки обусловлены технологическими трудностями равномерного распределения в единице объема тампонажного раствора двух типов минеральных разнодисперсных компонентов и неотрегулированностью гранулометрического состава клиноптилолита, . 55

Цель изобретения — улучшение однородности и повышение водоудерживающей способности тампонажного раство" ра.

Поставленная цель достигается тем, :что тампонажный раствор, включающий цемент, минеральную добавку и воду, в качестве минеральной добавки содер,жит гидрофобизированную клиноптилолитоглинистую горную породу при следующем соотношении компонентов в растворе, мас.%:

Цемент 30-41

Гидрофобизированная клиноптилолитоглинистая горная порода 13-23

Вода Остальное

Причем гидрофобиэированная клиноптилолитоглинистая горная порода имеет следующий гранулометрический состав, мас.7:

Фракция 1- 15 мкм 35-45

Фракция 15-30 мкм 40-45

Фракция 30-80 мкм 15-20

Клиноптилолитоглинистая горная порода залегает мощными пластами на многих месторождениях цеолитизированных туфов (Новый Кохб, Сокирница, ;Тедзами и др.) . Ee минералогический состав, мас.7, на су>.>й остаток следующий: клиноптилолит 55-70; монтмориллонит+гидрослюда ?5-85 сопутствующие минералы 5-10. Например, пласт Б месторождения Сокирница в среднем содержит 607 клиноптилолита, 30% монтмориллонита и 107 примесей.

Основными примесными минералами являются кварц и полевой шпат, Клиноптилолитоглинистая порода месторожнения Тедзами содержит 5565% клиноптилолита и ассоциированного с цеолитом 30-35% монтмориллонита, а также 5-107. кальцита.

Объемный вес этой горной породы

1,8 т/м Химический состав в мас.% представлен в табл. 1, Свойства порошка не зависят от природы гидрофобизатора, который выбирается из числа веществ наимнее дефицитных и экономически эффективных.

Клиноптилолитоглинистая горная порода легче размалывается, чем чисто клинонтилолитовые образцы породы и иэ нее получается более дисперсный и легко сыпучий порошок, обогащенный тонкими фракциями, причем глина распределяется возле кристаллов клиноптилолита. Это позволяет при приготовлении тампонажного раствора получать однородные стабильные суспензии.

Гидрофобизированный клиноптилолито1099051 глинистый порошок отгружается .В крафтмешках весом по 40 кг по цене 36 руб. за тонну. При расширении объемов производства возможно удешевление минерального порошка. 5

Как видно из табл. 2 и 3, для по" лучения тампонажного раствора с удельным весом 1,45-1,65 г/см с нормированным комплексом реологических свойств и прочности камня компоненты могут находиться в следующих концентрационных пределах, мас.%:

Ц емент 30-41

Гидрофобизиронанная клиноптилолитогли- 15 нистая горная порода 13-23

Вода Остальное

Для получения тампонажных растворов с удельным весом 1,45-1,5 г/см

3 ! необходимо пользоваться близкими к граничным сочетаниями компонентов— цемента и минеральной добавки 41:13 или 30:23 при водосмесевом отношении около 0,9. При работе с наиболее тонкодисперсными цементами и породой лучшим комплексом технологических свойств обладает состав с максимальным содержанием вяжущего — 41:13.

При низкой дисперсности цемента или минеральной добавки целесообразно ис-Зо пользовать повышенные концентрации гидрофобизированной клиноптилолитоглинистой горной породы, т.е. соотношение компонентов .близкое к предельному — 30:23.

Тампонажные растворы с удельным

35 весом 1,5-1,65 г/см приготавливаются

3 с использованием средних значений соотношений компонентов в системе с постепенным повышением суммарной кон40 центрации твердых фаз н растворе вплоть до предела — 41:23, дающего тампонажные растворы с минимально допустимой растекаемостью, но с повышенными физико-механическими свой45 ствами.

В табл. 3 дана зависимость свойств тампонажного раствора от соотношения компонентов.

Пример лабораторного выполнения тампонажного раствора.

Готовится смесь из 402 г тампонажноro цемента (Стерлитамакского, Вольского заводов) и 146 r сухого порошка гидрофобизнрованной клиноптилолито- . 55 глинистой горной породы с гранулометрическим составом: 1-15 мкм — 357.;

15-30 мкм — 45X; 30-80 мкм — 20X, Приготовленную смесь затворяют в

452 r воды. Полученный тампонажный раствор и камень имеют следующие свойства: плотность 1,51 г/см ; растекаемость 21 см; вязкость 2,6 П; водоотстой 0,4Х; водоотдача 40 см

9 за 5,2 мин; начало охватывания при

7 С 2 ч 55 мин; конец охватывания

5о .

4 ч; контракция при 22 С 0,40 см /

100 см и при 75 С 1,17 см/100 см; прочность на изгиб при 22 С через

2 и 28 сут соответственно 13 и

44 кг/см,при 75"C — 25 и 46 кг/см. пример выполнения тампонажного раствора на скважине N 6400 месторождения Мамонтово объединения Юганскнефтегаз.

Готовится сухая смесь (407 тампонажнаго цемента и 147. гидрофобизиронанного 0,0017 этония клиноптилолитоглинистого порошка из расчета на сухое вещество) из 21,5 стерлитамакского цемента 8 т гидрофобиэированного клиноптилолитоглинистого порошка естественной влажности, которая затворялась 23,5 м воды. Выход тампонажного раствора составил 35 м. Па3 раметры тампонажного раствора в процессе атворения следующие: плотность

i,49-i,51 г/см," растекаемость 2323,5; водоотделение отсутствовало; прочность проб камня семисуточного нормального твердения 26-2 кг/см

В процессе цементирования данление при прокачке колебалось в пределах

90-100 кг/см . Тампонажный раствор

2 вышел на устье.

Определение необходимых граничных значений гранулометрического состава гидрофобизированного клиноптилолитоглинистого порошка проводилось на тампонажном растворе, содержащем, мас.X на сухое- вещество: цемент—

40,2; гидрофобизированная клиноптилолитоглинистая порода (гидрофобизатор — 0,001X этония) — 14; вода 45,8.

Известный состав содержал, мас.X на сухое вещество: цемент - 40,2; глина — 2; гидрафобизированный клиноптилолит (гидрофобизатор — 0,001Х этония) — 12 и вода — 45,8.

Гранулометрический состав определялся после просеивания через сито

008. Для измерения диаметра частиц и определения весового количества фракций использовались — электронный и отражательный микроскопы (УЭМВ-100 К и Neofot-2), а также счетчик Культер

1099051

Как показала опытно-промышленная проверка,в предлагаемом тампонажном растворе гидрофобИзированный KJIHHQ птилолитоглинистый порошок обеспечил на практике получение однородного раствора. Природа и дисперсность IIQ рошка обусловили понижение водоотдачи и водоотделения, благодаря чему стабилизирован удельный вес (0,01 г/см ) и снижено давление при прокачке (на 10X) . Осуществлен подь1 ем тампонажного раствора до устья скважин, заколонное пространство заполнено однородным камнем.

Таблица 1. о -I !

Fe 0 Са0 Ng0 Na 0

Si02

К20 Н20 и и и

А1 О

51,89-58,86 14,45" 15,30i5,86-6,49 5,56-7,791,30-2,0 1,50-2,071,08-2,0110,65-12,20

» «б

ТА-2 (диаметр отверстия 100 мкм) и торсионные весы для седиментационного анализа, Распределение частиц по размерам излучалось в водных суспенэиях. Электронно-микроскопические 5 исследования показали, что в суспензиях практически отсутствуют частицы с размером менее 1 мкм. Гранулометрический состав гидрофобизированного клиноптилолита в механической смеси с глиной оказался однородным и пред ставлен íà 90Х крупнозернистой фрак" цией 60-80 мкм. Наиболее тонкий иэ достигнутых в лабораторных условиях помол гидрофобизированной клиноптило- 15 литоглинистой горной породы показал следующие результаты: 1-5 мкм — 137.;

5-10 мкм - 18X- 10-20 — ЗОЖ; 20,30 мкм — 25X 30-50 мкм — 10X 5080 мкм - 4X. При таком весовом соотношении фракций в порошке по числу частиц фракция с размером 1-5 мкм

:составляет более 85Х от общего количества частиц, находящихся в единице объема, и в связи с этим оказывает большое влияние на водоудерживающую способность тампонажного раствора.

Как видно из табл. 2, замена двух видов минеральной добавки на один и регулирование гранулометрического 30 состава порошка позволили получить в предлагаемом составе, по сравнению с известным тампонажным раствором, в 10 раз меньшую величину водоотстоя и пониженную в 2-3 раза водоотдачу при аналогичных реологических харак;теристиках. При этом следует отметить, что, как показали исследования цементного камня предлагаемого соста ва, введение однокомпонентной добавки оптимального гранулометрического состава позволило получить по данным морфологического электронно-микроскопического анализа полностью равномерное иэотропное распределение минеральных компонентов по всему объему образца без скоплений в отдельных микроучастках — одного из минералов глины или клиноптилолита. Такие скопления ранее наблюдались в камне, сформированном из известного состава, при анализе тампонажного раствора, взятого иэ чанка, что обусловливало перепады в прочности цементного камня в затрубном пространстве. ФизикомеханичЕские свойства камня, полученного иэ обоих составов в лабораторных условиях, как зто видно иэ табл. 4, практически одинаковы.

1099051

Таблица 2

Состав

Гранулометрия

РастеПлотВязКОСТЬ, каемость, см ность,,у 3

Известный 1-60

10 1,5

2,0 5,6

1,5

60-80

30

10 1,5

2,0 4,0

2,6

30

25 1,49

2,5 2,0

3,9

35

1-15

45 1,49

2,7 05

5,8

45

1-15

15-30

1,49

2,8 0,4

6,0

30-80

1 — 15

36

1,49

3,0 0

7,5

Лабораторный помол в шаровой мельнице.

Фракция, мкм

Предлагаемый 1-15

15-30

30-80

15-30

30-80

1 5-30

30-80

15-30

30-80

Содер жанне фракции,X

Водоотстой,7.

Водоотда- .

3 ча, 40 см за мин I099051

Т аблица 3

Состав, мас.7.

F, г/см

1, П

Водоотстой, Й

2 дин/см р > дин/см

41 5

41,0

1,45

37,5

1,49

31,5

1,47

2t 1 47,3

23,0 47,0

1ь5 1%5

30,0

1,46

21 8I0

20 1030

36,0

19,0 45 0

20,0 44,0

1,55

38,0

1,66

i6 5037 49 I2 6790 54

Таблица 4

Прочность на изгиб, кгс/см

Схватывание при

75 С, ч/мин

Контракция, cM /t00 см

Состав

При

22 С р 22 С при 75 С

При

75 С

Конец

Начало через через

2 сут 28 сут через

28 сут через

2 сут

Известный

23

0,42 1,18

3-15 4-00

Предлагаемый

42

0,41 1,16

2"50 3-50

Зщкаэ 4334/26 Типам 564 Полисное

Цемент Порода Вода

12,0 46,5

13,0 46,0

13,5 49,0

35,5 18,0 46,5

29,0 24,0 47,0

41,0 23,0 36,0

4i,5 23,5 35,0

1 50,, 25 300 12

1,50, 24 347 13

25 286 . 8

24 630 16

24 509 14

25 600 11

25 500 8

1,6 2,5

t,? 1,0

1,4 1,8

t,9 0,8

1,5 1,4 I 3 2,1

3 0,2