Способ получения тампонажного раствора

 

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТАШОНАЖНОГО РАСТВОРА, заключающийся в затворении портландцемента водой с добавками , отличающийся тем, что, с целью максимального повьшения седиментационной устойчивости тампонажного раствора при изменении угла наклона тампонажной системы до и обеспечения высокой прочности цементного камня в интервале 22-90 С, портландцемент затворяв на воде, содержащей хлористый натрий в количестве 14-16% и ПАВ, имеющее критическую концентрацию мицеллообразования не более 0,0054% в количестве €,2-0,6% от массы воды. 2. Способ по п.1, отличающий с я тем, что в качестве ПАВ используют окзип. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН аю 01) заоЕ 21 В

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3575685/22-03 (22) 27.01.33 (46) 15. 12.84. Бюл. У 46 (72) В.С.Пупков, В.П.Гнездов, Ю.С.Кузнецов и В.М.Кравцов (71) Сахалинский государственный научно-исследовательский и проектный институт газовой промышленности (53) 622.245.42(088.8} (56) 1. Данюшевский В.С. Проектирование оптимальных составов тампонажных цементов. М., "Недра", 1978, с.29.

2. Авторское свидетельство СССР

У 691554, кл. Е 21 В 33/138, 1979 (прототип). (54)(57) 1. СПОСОБ ПОЛуЧКНИя ТАМНО. НАЖНОГО РАСТВОРА, заключающийся в затворении портландцемента водой с добавками, отличающийся тем, что, с целью максимального повышения . седиментационной устойчивости тампонажного раствора при изменении угла наклона тампонажной системы до 45еС и обеспечения высокой прочности це- ментного камня в интервале 22-9О С, портландцемент затворяют иа воде, содержащей хлористый натрий в коли" честве 14-16Х и ПАВ, имеющее критическую концентрацию мицеллообразования не более 0,0054Х в количестве

0,2-0,6Х от массы воды.

2. Способ по п.1, о т.л и ч а ю шийся тем, то в качестве ПАВ

Ф использук т окзил.

11293

ИзобретЕние относится к бурению скважин, в частности к крепленим нефтяных и газовых скважин.

Известны способы приготовления тампонажного раствора, заключающиеся в том, что с целью повышения седиментационной устойчивости, к портлаидцементу или в воду для его затворения добавляют различные наполнители и химические реагенты (1 3. 10

Однако повышение водоудерживающей способности тампонажного раствора при этом сопровождается ухудшением других свойств тампонажного раствора и камня: подвижности раствора, проч- 1 ности камня и т.д.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения тампонажного раствора, заключающийся в затворении нортлаидцемента водой с добавка- 2О ми (23, по которому в воду затворения предварительно вводят смесь водного раствора алюмината натрия, имеющего рН более 7, и ластификатора. В, качестве пластификатора используется 25 сульфитиоспиртовая барда (ССВ) в количестве до 1, а алюминат натрия вводят в количестве до 5Х по весу сухого вещества.к несу цемента.

Тамнонажный раствор,,полученный 3(} по данному способу, имеет высокую седиментащаонную устойчивость, определенную при вертикальном расположении системы (цилиндр или скважина с тампонажным раствором), и образует камень, прочностью не ниже прочности камня из цементного раствора без добавок.

Однако при Отклонении QHOTpMbI oT 40 вертикали (в реальных условиях нефте.газовые скважины в большинстве случа-. ев имеют зенитный угол от 3 до 45 ) водаетделеиие из раствора, приготов« леннОгО ПО иэвестнОму способуу еще 4 значительно по абсолютному его значению. Это объясняется тем, что при наклоне системы значительно сокраща-. ется путь седиментации твердой фазы, . а добавка пластификаторов облегчает взаимное разделение фаз (воды затворения и твердой составляющей раствора).

Кроме того, применение в качестве пластификатора ССБ приводит к вспени.55 ванию таипонажного раствора и требует введения пеногасителей, что приводит к снижению седиментационной ус27

2 тойчивости раствора и прочности камня.

Цель изобретения — максимальное повышение седиментационной устойчивости тампонажного раствора при изменении угла наклона тампонажной системы до 45 С и обеспечение высокой прочности цементного камня в интервале температур 22-90 С.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения тампонажного раствора, заключающемуся в затворении портландцемента водой с добавками, портландцемент затворяют на воде, содержащей хлористый натрий в количестве 14-16Х и ПАВ, имеющее критическую концентрацию мицеллообра» зования не более 0,0054Х в количестве

0,2-0,6 от массы воды.

При этом в качестве ПАВ используЪ ют окзил.

Такой выбор комбинированной добавки объясняется тем, что за счет совместного действия электролита и ПАВ происходит связывание свободной почвы и увеличение ионной силы раствора, это соответственно уменьшает энергию дисперсной фазы и увеличивает скорость структурообразования, что, в свою очередь, приводит к быстрому накоплению фазы новообразований колоидных размеров, на основе которой формируется первичный каркас, препятствующий i процессу седиментации.

Выбор окзила, имеющего величину критической концентрации мицеллооб-. разования KKN не более 0,005-0,0054, обусловлен тем, что именно такие ПАВ в большей степени повышают седиментационную устойчивость при добавке их в комбинации с электролитом. При меньшем значении ККИ снижается критический размер мицелл и соответственно их образуется больше в одинаковом объеме. При этом иммобилизируется значительное количество воды, так как близлежащие ее молекулы адсорбируются на поверхности большого количества мицелл.

В табл.1 представлено влияние критической концентрации мицеллообразования (ККМ) различных IIAB на водоотделение тампонажного портлаидцемента Спасского завода при различных углах наклона тампонажной системы (концентрация РаС8 в воде затворения 150 г/л);

3. 11293

Таблица 1

Тип и % .добавки

ПАВ от массы воды затворения

ККМ, %

Водоотделение, %, при углах наклона, .

О 45

1п Например, такие добавки электролитов как KCC и СаС, в комплексе с

ПАВ хотя и значительно повышают седи-. ментационную устойчивость раствора и улучшают физико-механические свойства камня, но не могут. быть использованы. Это объясняется тем, что тампонажный раствор с такими добавками, получаемый при стандартном водосмесе. вом отношении (В/Ц=0,5), имеет подвижность (растекаемость), и сроки загустевания не удовлетворяют требо- ваниям ГОСТ 1581-78.

B табл.2 представлено минимальное водоотделение и макси-

Zg мальное повышение прочности в температурном интервале 22-90 С, которое достигается при затворении;. портландцемента на 14-16%-ном водном растворе хлористого натрия и добавке

З0 окзила — 0,2-0,6Е..

Нижний предел концентрации хлорнс* того натрия 14Х обусловлен тем, что при меньших ее добавках в комплексе с любыми сочетаниями окзила уже не достигается высокая седиментационная устойчивость при больших углах наклона системы (см.табл.2).

КИЦ-О, 4

ССБ-0,4

Окзил-0,4

1,8 7,85

1,69 10,23

О 0,05

Нет

0,0050,0054

0,0098 0,5 1,8

Гипан-0,4

Карбофен:0,4

0,0150 0,93 2, 12

Таблица 2

Прочность камня на изгиб,2-суточного хранения, кг/см2, при температурах, С

Водоотделение, при углах накло на, Содержание

Концентрация хлористого натрия, % окзила, у 3

95

О 20 45

О 2,0 4,6 7,7 40,1

52,8

52,5

47,0

47,8

0,1 1,0 I,8 3,6 -40,3

53,9

52,5

54,2

49,1

02 01 03 05 41,1

55,0

56,1

04 01 02 03 426

50,5

55,8

06 00 01 02 409 548

48,3

53,7

Из табл.1 видно, что для достиже" ния максимальной седиментационной устойчивости тампонажного .раствора в интервал углов наклона системы

0-450 требуется выбирать ПАВ, имею-. щее KKN в пределах 0,005-0,0054Х.

Таким образом, введение сильных электролитов способствует возрастанию количества образующихся мицелл в объеме раствора без увеличения кон,центрации ПАВ.

В этом случае процесс связывания свободной воды во многом определяет27 4, ся хемосорбцией и поэтому седиментационная устойчивость мало зависит от угла наклона системы, оставаясь все время высокой.

Следует отметить, что не все добавки электролитов и ПАВ могут использоваться для реализации предложенного способа.

1129327

Продолжение табл. 2

° 3в рочность камня на изгиб 2-суточного ранения, кг/см, при температурах, С

22, 50

0 20 45

54,8

О 19 46 71 445 541

01 08 20 28 450 544

63,0

54,8

63,7

0 0 0,2 45,9

0,0 0,1 46,3

О,О 0 0 45,5

59,7

56,9

66,9

0,2 0,0

62,9

58,0

69,3

0,4 0,0

0,6 0,0

57,1

67,7

60,1

0 1,9 4,1 7,0 45,0 55 0

64,5

56,0

01 08 22 31 451

0,2 0,0 0,0 0,2 46,5

04 00 00 01 489

55,3

65,9

56,3

56,9

69,3

59,9

58,9

72,1

61,7

0,6, 0,0 0,0 0,0 47,1

58,0

70,5. 60,5

О 18 41 70 440

54,5

63,4

54,9

О, 1 0,7 2,0 2,9 44,9 55,0

65,2

56 0

0,2 0,0 0,0 0,2 46,0

69,1

57,0

59,1

72,0

04 00 00 01 481

58,3

60,9

0,6 0,0 0,0 0,0 47,0 57 3

70,1

59,5

О 1,6 3,5 6,8 33,0 51, 1

52,1

47,7

0,1 1,0 1,6 2,6 33,7

52,7

48,3

51,6

0,2 0,1 0,2 0,5 34,5

50,9

54,1

55,5

0,4 0,0 0,1 0,4 36,9 56,5

58,3

53 2

0,6 0,0 0,0 0,2 33,1

51,5

52,9

56,8. Л ...

4.

Лобавка хлористого натрия и окзила в % от массы жицкости затвоРения.

Верхний предел добавки хлористого натрия (16%) обусловлен тем, что при больших добавках соли уже не дости:55 гается максимальная прочность камня во всем интервале температур (2290 С) (см. табл. 2) .

Концентрация хлористого натрия р Х

Содержание окзила, z ""

Водоотделение, при углах накло на, Нижний предел добавки окзила 0,2% выбран исходя из того, что при меньших добавках окзила в сочетании с

14-1б%-ной добавкой хлористого натрия. уже не достигается максимальная седиментационная устойчивость тампонаж112932? ного раствора во всем интервале углов этого предела применение добавки ненаклона системы (О-45 ) (см.табл.2). целесообразно, так как интервал добавок окзила 0,2-0,6Х позвбляет получать

Верхний предел добавки окзила необходимое время прокачивания в диа0,6Х выбран исходя иэ того, что выше. > .пазоне температур 22-90оС (см.табл.3).

Таблица 3

Время загустевания, ч/мин, при С ++

Состав жидкости затворения "

22

90 Окэил,Х

Хлористый натрий, Х

30 П 50 П 30 П 50 П 30 П 50 П

30 П 50 П

0,2 4-30 5-20 1-50 2-15 1-20 1-35 0-30 0-,40

0,4 6-40 7-20 2-30 2-47 1-50 2-00 0,55 1-10

15

3-20 3-45 2-30 2-45 1-45 1-55

0,6

%

Добавка хлористого натрия и окзила от массы жидкости затворения.

М+

Время загустевания определялось на консистометре КЦ-3

Пример 1 (нижний граничный интервал применения способа) ..Исходные данные: температура 22 С, колио

50 чество цемента 10 т, водоцементное отношение (B/Ö), 0,5, количество. жидкости эатворения 5,0 м .

Для затворения портландцемента в емкостях ЦА готовят жидкость затво- 55 рения, представляющую 15%-ный водный раствор хлористого натрия с добавкой

0,2%. окэила.

Это позволяет контролировать качество жидкости эатворения и в процессе приготовления тампонажного раствора достигнуть поставленную. цель.

Верхний предел температуры 90 С 30 выбран исходя из того, что тампонажные портландцементы, выпускаемые промышленностью, рекомендуются к использованию в -скважинах с температурой ниже 100 С. Это подтверждается результатами опытов (см.табл.2), которые показывают, что при температуре выше 90 С, происходит значительное падение прочности тампонажного камня.

Нижний температурный интервал 4О

22 С выбран исходя иэ того, что тамо понажный раствор в основных нефтегазодобывающих районах (исключая районы вечной мерзлоты) поднимают на высоту 5-200 м от устья, где минимальная температура составляет 22-25 С. о

В первую очередь в воде растворяют хлористый натрий. Для получения

15Х-ного водного раствора необходимо

166 кг хлористого натрия на 1 м воды.

Таким образом, для приготовления

5 м жидкости затворения необходимо

166 кг 5=830 кг хлористого натрия.

После приготовления 15%-ного водного раствора хлористого натрия (полного растворения 830 KI в 5м воды) в жидкость затворения (нижний предел добавки окзила), что составляет 10 кг сухого вещества окзила на 5 м жидкости затворения. Добавка окзнла 0,2% обеспечивает в комплексе с хлористым натрием как высокую седиментационную устойчивость при приготовлении тампонажного раствора, так и необходимое время прокачивания (см.табл.3). Жидкость эатворения затем тщательно перемешивают и замеряют ее плотность, которая должна соответствовать

1,1 г/см .

Составитель Е.Тангалычев

Редактор В.Ковтун ТехредM.Íàäü Корректор М.Демчик

Заказ 9419/25 Тираж 564 Подписное °

ВНИНПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал GIlH "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4

9 11293

На приготовленной жидкости затворения осуществляют приготовление тампонажного раствора и транспортировку его в затрубное пространство по известной технологии. 5

Пример 2. Исходные данные: температура 70ОС, количество цемента 10 т, В/Ц„.,(,.5, количество жидкости затворяя 5 мз .

В этом случае технология приготов- 10 ления жидкооти засорения и тампонаж Ъ ного раствора не отличается от укаэанной в примере 1. В данном случае лишь изменяется количество окзила и составляет 0,4Х от массы жидкости 15 затворения, т.е. 20 кг на 5 мз s

Это вызвано тем, что добавка окзила

0 2Х хотя и позволяет достигнуть цели изобретения, но не позволяет получить необходимое время загустевания20. тампонажиого раствора. Этому требованию удовлетворяет добавка окзила

0,4Х (см.табл.3). Таким образом содержание хлористого натрия в жидкости затворения составляет 166 кг 25 на 1 мэ и соответственно окэила 20кг на 1 м воды затворения.

Пример 3 (верхний граничный интервал применения способа) ° Исходные данные: температура 90 С, коли- 30 чество цемента 10 т, В/Ц 0,5, коли- чества.жидкости затворения 5 м .

В этом случае приготовление жидкости эатворения и тампонажного раст. вора принципиально не отличается от примеров 1 и 2 ° Разница лишь в том, что для получения необходимого времени загустевания тампонажного раствора (см.табл.2) добавка окзила в комплексе с хлористым натрием в жидкости затворения составляет 0,6Х (30 кг).

Таким образом, содержание хлористого натрия составляет 166 кг на 1 м и соответственно окзила 30 кг на 1 мз воды затворения.

Приведенные примеры подтверждают возможность осуществления данного способа с целью получения тампонажного раствора высокой седиментационной устойчивости.в интервале углов

0 наклона 0-45, а сформированного камня — максимальной прочности в интервале температур 22-90ОС.

Использование данного способа получения тампонажного раствора дает возможность получать раствор максимальной седиментационной устойчивости и обеспечит высокие физико-механические свойства сформированного из него камня, повысить качество разобщения пластов в нефтегазовых скважинах.