Способ химической обработки цементных тампонажных растворов

 

СПОСОБ ХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЦЕМЕНТНЫХ ТАМПОНАЖНЫХ РАСТВОРОВ, включающий введение в жидкость затворения цемента добавки, отличающийся тем, что, с целью, повышения качества крепления скважин в условиях сероводородной агрессии, в качестве добавки в жидкость затворения цемента вводят водорастворимую соль двухвалентной меди в количестве 5-50 кг на 1 м жидкости затворения .

СО1ОЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (193 (113

3(У3 Е 21 В 33/138

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ворения.

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3523207/22-03 (22) 20.12.82 (46) 30.10.84. Бюл. У 40 (72) В.С.Данюшевский, Т.Л.Шередина, К.А.Джабаров, P.Ì.Àëèåâ и А.П.Тарнавский (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени институт нефтехимической и газовой промышленности им.И.M.Губкина (53) 622.245.42(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 785463, кл. Е 21 В 33/138, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

У 927972, кл. Е 21 В 33/138, 1980 (прототип) . (54) (57) СПОСОБ ХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

ЦЕМЕНТНЫХ ТАМПОНАЖНЪ|Х РАСТВОРОВ, включающий введение в жидкость затворения цемента добавки, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения качества крепления скважин в условиях сероводороцной агрессии, в качестве добавки в жидкость затворения цемента вводят водорастворимую соль двухвалентной меди в количестве 5-50 кг на 1 м жидкости зат1121395

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способам обработки цементных тампонажных растворов, и может быть использовано при креплении нефтяных и газовых скважин в условиях сероводородной агрессии.

Известен способ химической обработки цементных тампонажных растворов путем введения в него добавки, 10 например реагента Т-бб, повышающего корроэионную стойкость образующегося цементного камня (1) .

Недостаток этого способа состоит в том, что не устраняется диффузия 15 сероводорода вглубь цементного камня, в результате чего не обеспечивается достаточная стойкость цементного камня к сероводородной агрессии.

Наиболее близким к предлагаемому 20 является способ химической обработки цементного тампонажного раствора, включающий введение в жидкость затворения цемента добавки, например соли трехвалентного железа, в коли- 25 честве 50-400 кг/м жидкости затвор ения )2) .

Недостатком известного способа является низкое качество крепления скважины в условиях провоцирующей З0 агрессии.

Цель изобретения - повышение каЮ чества крепления скважин в условиях сероводородной агрессии.

Цель достигается тем,что согласно 35 известному способу химической обработки цементных тампонажных растворов, включающему введение в жидкость затворения цемента добавки, в качестве добавки в жидкость затворения цемента 40 вводят водорастворимую соль двухвалентной меди в количестве 5-50 кг на

1 м жидкости затворения.

Предлагаемый способ химической обработки цементных тампонажных раство45 ров осуществляют следующим образом.

В зависимости от условий крепления скважин задаются плотностью тампонажного раствора и определяют водоцемент50 ное отношение, позволяющее обеспечить требуемую плотность, т.е. количество жидкости затворения на единицу массы тампонажного материала. Затем опытным путем устанавливают максимальное ко- 55 личество добавки — водорастворимой соли двухвалентной меди, не влияющее отрицательно на другие свойства тампонажного раствора. Для этого в жидкость эатворения вводят количество соли двухвалентной меди, соответствующее концентрации 50 кг на 1 м жидкости эатворения и осуществляют пробное эатворение тампонажного материала с определенным ранее отношением жидкости эатворения к тампонажному материалу. Если при максимальной концентрации введенной соли получаются недопустимо высокие реологические показатели тампонажного раствора, то проводят его дополнительную химическую обработку известными пластификаторами. При этом следят эа тем, чтобы другие добавки, вводимые одновременно с солями двухвалентной меди, не вызывали выпадение соединений меди иэ раствора.

Если таким путем не удается получить необходимых в данном случае технологических свойств тампонажного раствора, то уменьшают. концентрацию соли двухвалентной меди в жидкости затворения известным методом последовательного приближения к требуемым технологическим свойствам тампонажного раствора. Установленное таким образом максимально возможное в данных условиях количество соли двухвалентной меди растворяют в предназначенном для приготовления тампонажного раствора объеме жидкости эатворения.

После этого приготавливают тампонажный раствор по известной технологии.

Пример 1. Требуется произвести химическую обработку тампонажного раствора, содержащего в качестве вяжущего вещества шлакопесчаный тампонажный цемент марки ШПЦС-200 путем предварительного введения в жидкость затворения сульфата меди (II).

Крепление скважины надо произвести в условиях сероводородной агрессии при

130 С.

Задаются плотностью тампонажного раствора (P) 1, 9 г/см, растекаемостью (D ) не.менее 18 см, сроком схватывания не менее 4 ч. По. расчету для получения тампонажного раствора плотностью 1,9 г/см5 необходимо обеспечить водоцементное отношение около

0,4, т.е. на 1 кг шлакопесчаного тампонажного цемента требуется

400 мл воды. В указанном количестве воды растворяют 20 г сульфата меди (П) и производят пробное затворение тампонажного раствора. Определяют рас1121395 текаемость тампонажного раствора: она — менее 1б см. Опыт повторяют, введя в тампонажный раствор известный пластификатор ССВ (сульфит-спиртовая барда). Если при его введении не удается получить тампонажный раствор требуемых реологических параметров, например из-за сильного замедления схватывания и твердения, то уменьшают количество добавки — сульфата 10 меди (11) и повторяют подбор. Получив необходимые реологические свойства тампонажного раствора, проверяют седиментационную устойчивость (определяют коэффициент водоотделения — 15

К1, скорость схватывания и твердения).

Подбор осуществляют до тех пор, пока не находят то максимально возможное содержание сульфата меди (И), при котором с применением имеющегося щ пластификатора могут быть получены необходимые технологические свойства тампожажного раствора. После этого корректируют водоцементное отношение с учетом изменяющейся плотности жид- 25 кости затворения, исходя из требуемой плотности тампонажного раствора.

Пример 2. Требуется произвести хймическую обработку тампонажного раствора повышенной плотности, Зб содержащего в качестве вяжущего вещества цемент УШЦ-1-120, путем предварительного введения в жидкость затворения сульфата меди (1!).

Крепление скважины необходимо произвести в условиях сероводородной агрессии при 120 С. Заданная плото ность тампонажного раствора 2, 1 r/ñì, растекаемость 18 см, начало схватывания не менее 1 ч 45 мин. В дальнейшем осуществление способа производится аналогично примеру 1.

Пример 3. Требуется произвести химическую обработку тампонажного раствора, содержащего в качестве вяжущего вещества шлакопесчаный цемент ШПЦС-120, путем предварительного введения в жидкость затворения нитрата меди (11).

Крепление скважины надо произвести в условиях сероводородной агрессии при 100 С. Заданная плотность тампо0 нажного раствора 1,9 г/см, растекаемость 18 см, начало схватывания не менее 2 ч. В дальнейшем осуществление спосдба производится аналогично примеру 1.

Пример 4. Требуется произвести химическую обработку тампонажного раствора из портландцеиента для горячих скважин.

Крепление скважины надо произвести в условиях сероводородной агрессии при 75 С. Заданная плотность тампо0 нажного раствора 1,8 г/см, растекаемость 18 см, начало схватывания не менее 5 ч. В качестве соли двухвалентной меди используют хлоридмеди (II). В дальнейшем осуществление способа производится аналогично примеру 1.

Свойства химически обработанных солями двухвалентной меди тампонажных растворов в сравнении со свойствами раствора, полученного по способу-прототипу, приведены в таблице.

1121395

42

Ы

Х ф О л л о о о сч

О1 О1 л л о о с > а

Ch Ch л л

О O о ж о

6й и л

Щ л

iо I ь

I uD I и

Cd g

g Ф и о х

1 М 6

1 о

& х о

f

k( о о о о

f»

CCI

Рю л

А

v о

I о

В

v

Ф

А

Е»

v о

I о

Ц

1 В»» м

13Ф л

М Х Ф

0l f» Р» а л о

« 3 с4 л л о o o л л л о о о л л л л о о о

1 о ж

Р3 6"

v v

И

Ф3 и

1" Ф

v Рь

О О

xmz

Ц "„

М m x о

Id

f»

О р

Х

1 о

1 к

CL

Х

Ф о к о Ф, 4 Q

Ж и о

f Ф!

v o м

f» ж о

Ф Р ж о 1

Я С4 о э

Ь4 И

tV и

Х

0 о

I л

Ф Х Ф ццо

Е Ф

Х

>е о

porn

vox

vèФо а

Фg zo p, -

И5ФЧОЕ

М V1- Х

o1- eI IcIg

О О О О О О с 1 с 3 с ) с ) сл) с ъ сч о о ф с л

N C4»»»»»» л л л л л л

О О О О О О о O сч сч сч

00 О1 О1 О1 О\ л л A л л

° »»»» I

LPI О О О О

О \ ° с»1 M с\ 1О

l l 21395

-.т

00 л

Ю! !33 !

I hC

1

I

I

1

I Ф4

Q

М

312 о

5 о

А ь

О1

° ь

Ю о

C( о о

С 1

Ch л

C) а I

Ф 1 и 1 о

1 O 1 М

f о к

Р о а й

3 ° d3 е

Й Ф f

Р

Й и ф Л Я

I ,д а

Ф ф X

33: и

Х ф и ф о о

I V фо

f ,Д В

30 О: о z и X о о о о ь

<М о

CV о 3

-I

I

1

I о !

» 3 х о

Ф В

X и

X е

3

f о а о

C4 cV л л о о

t о

333 е

О е ф d3 3 ааы о о

Ch Ch ю33

f» о к

D о о в3С

Ф ф о о

%ГЪ о л о о

° Ь

3» ж ж х

Ц а Ф о z

Р3

f" ф

Ф ф ф а а

I о а ф 3

1» О

u u ф

Е

° °

Фо

СЧ

Ф т

«1 1 о !Я «Х

О о

d3 »

1" и о ф

3d В д gun и ц ф » Ф аu z о а в

В O

А Э йй z% ф1

Е I Ф

3 I

Ю 1 и ф! f»

3-1 и о

Ф! 31

4! о

Ф! f1 1 и

3 I о!

И I

I th о

1 4

3 а.

1=:

I

g В ф

Э Х 4I sO и

Ц D l Э эхua цзаМей

I !

>Я !

Й5 5

Щ л

C) с ъ «- сч

Л (Ч ОО 00 И

СЧ (3 л « ° \ « л

О О О О О ц» О М Л о л л Ф

CV C»3 CV а о ч а о л л % о о

iо Ф c)

С Ъ < 1 ф л л л л A

О О О О О

1 ф ь

Ф

3» о о о о сЪ Е О И ф

1121395 Ю

I

1

1

1

I

I а и г л 00 е е о о о

С ) О\ е о О

О1 е о (4 ф ф X Й (к а

О0 ааХ афхф(oxvmv (u ф фр

Э х (3Ф э фох » Р В L ь ь

Ьх о

6) Q f» tt ,о м х о ывэ а

4I Й

Ф й

f Э о цм (-I

I е

O М (» I ("

uev ффо

Р» (4 Х X

4 1(l ю

f» l» f Х

Оvuе. в; о,ф ф (.

00 Ю е о о о

Ch О1 е е е л л

О а к

v хв (4 Rб Зс г о о л ° е о о° ° л е е

О О О

1 Й о

° е

И Р Э у î z ф i»

I0. (0 u g (v(0а и CL а е (" ха

1 Э( в Т

1 14

ГЭ3

l V Ц

Rа(1 4Й v 1

1 О 1 ! t» Ф(I

vо(о и 1 hC (» 0(50((xo(Р Э

М

lЫ

Ц О (0 Р. е

Э L Й Э (» (:(Р 0 (вь эом v® а. а а э

i= (: (" .В 0Ч Д ь

О1 ь

О

О е ь

lA

С4 ( л

1

I

I

I о

»»

I

I

»

1 Ю

I и

Ф ф 0( о о о

crl И 10 f»

О Э х о а Л 00 е е л

O O O I C

» ° 2 00 Ch О1 е е е о о о

» л ° С 4 е л е е

00 л о 1 щ о о о о

C4 Yl СЧ (»1

I I 1 I сЧ W I P а а л и л м л f л л л

М1 е сЧ сЧ О сч О

О 00 О С Л

СЧ СМ» — (1 е е е е е е о о о о о о (Ч СЧ СЧ СЧ <"1

Ф 00 00 00 00 СО а л л е

1 ((1 O O л ю и л: е ° \ л л

О О О О О О л o o o ч

1121395

I а3

» ! o

1 Х

I

1

I м

I O

I

В

С»3

Ch л о

I

I

I

1 О ! o

I!

Х 6l

t0 а хек х х и е а Ф р

»

Д °

3- К Х е х х кхй

ХФ1 иах х о

Q e о х ф й! o

Фо

f ,ф л ! ф, v х ж

1 е с а

I I

Яю

6) I I оех

& C(Ö É хоее е в о цм

СО л ь

00 л о

1 о

IA лв

v ф с6 4

° 8 л х с6

f» а и о ф !»

aj

И Ы о л

I оох

Ill

О и и.и м аа! л

1 х й

Д х

I f e

I u о е

I х а

1 о

C v

1» tg и о

М о х о! е а ф !! Й х о

1 ф 0l а о е ь и

1 Х

I & и ц о

I е х

I Ц х е о

I Q а

l!

& 1 и е

Ctl C

Р» A

I и !

» о и ц о и х о

Е

v x

Ф х

В

g C) о о

3С ( а!

Х, л

Ф Х Ol в о

mls х ц асс о вою

Фаях х

33 Х

I Е

О О ее хай

Я f

If Ol 3f!

I

4

I

I

I !

l !

I

I

1

I ! !

I

1

I х

Ф

° ° х и о х е о

И 1» е4

Оса!

1-ХЕИ айй6

1 л О 1 л

C) 1

1

О 1 л о о сi I л ч:> I л

I

1 а а о

1

I о са !

» m х Ф

1 а е оlf о д л

f» е с»4

i 12! 395

Составитель И. Мурадян

Редактор С. Лисина Техред Т.Маточка Корректор А. Ильин

Подписное

Тираж 564

Заказ 7900/24

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал П11П "Латент", r. Ужгород, чл. Проектная, 4

После затвердевания тампонажного раствора образуется цементный камень, объем пор которого заполнен раствором солей двухвалентной меди и/или продуктами ее реакции с некоторыми веществами тампонажного материала, прежде всего с гHpðoêñèäoì кальция.

В этом случае выпадает тонкодисперсный осадок гидрооксида меди, повышающий седиментационную устойчивость суспензии, частично кольматирующей поровое пространство и снижающий

его проницаемость. При воздействии на такой цементный камень агрессивной среды, содержащей сероводород, последний, растворяясь в поровой жидкости, вступает в химические реакции с соединениями двухвалентной меди, в результате которых образуется нерастворимый в поровой жидкости и нейтральный по отношению к цементному камню сульфид меди, который за счет благоприятной морфологии кристаллов, меньшей степени анизометричности по сравнению с сульфидом железа, более эффективно кольматирует поровое пространство, препятствуя дальнейшему проникновению сероводоро да вглубь цементного камня.

Из данных, приведенных в таблнце, следует, что химическая обработка тампонажных растворов согласно предложенному способу значительно повышает устойчивость цементного камня к сероводородной агрессии по сравнению с прототипом. Введение в процессе химической обработки меньшего чем предлагается количества солей двухвалентной меди, не обеспечивает достаточной защиты от сероводородной агрессии. Помимо защиты от сероводородной агрессии химическан обработка тампонажных растворов согласно предлагаемому способу повышает седиментационную и суффозионную устойчивость благодаря образованию коллоидно-дисперсного гидроксида меди при реакции со щелочными компонентами вяжущего состава, что дает возможность значительно расширить пределы регулирования водоцементного отношения обработанных тампонажных растворов.

Применение предлагаемого способа обеспечивает повышение качества крепления скважин в условиях сероводородной агрессии.