Расширяющийся тампонажный раствор

 

Изобретение относится к бурению скважин. Цель - повышение сцепления цементного камня с обсадной колонной при одновременном увеличении термостойкости. Тампонажный раствор содержит следующие компоненты, мас.ч.:шлакопесчаный цемент 50,0-70,0

пылевидная зола горючих сланцев 30,0-50,0

бентонитовый глинопорошок 0,66-1,00

феррохромлигносульфонат 0,25-0,40

нитрилометилфосфоновая кислота 0,03-0,10

железный купорос 0,30-0,70

вода 50,0-52,0. При приготовлении раствора диспергируют бентонитовый порошок в воде. Затем растворяют добавки и затворяют сухую смеь шлакопесчаного цемента и пылевидной золы. Введение железного купороса позволяет замедлить скорость гидратации и обеспечить расширение после транспортирования раствора по скважине. Использование раствора позволит повысить качество разобщения близкорасположенных пластов. 1 табл.

СОКИ COKTCHHX СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСОУБЛИН

09) (10 (gy)g Е 21 В 33/138

ОГ1ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Шлакопесчаный цемент

Пыленидная зола горючих сланцев

Нитрилотриметилфосфоновая кислота

ФеррохромлигHOсульфонат

50, 00 — 70, 00 .

30,00 — 50,00

0,03 — 0,10 .

0,20 — 0,40.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbfTHftM

П1пИ fNHT СССР (21 ) 4403995/24-03 (22) 04.04.88 (46) 15.06.90. Бюл. 11 - 22 (71) Государственный научно-иссле-, довательский и проектный институт нефтяной промышленности "Укргипрониинефть" .(72) В.Г.Тихонов, В.П.Банатов, Б;В,Крых, А.Б.Скочеляс, А.Т.Левченко и С.И.111игаев (53) 622. 245.042(088.8) (56) Булатов А..И. и др. Тампонажные материалы. М,: Недра, 1987, с. !32.

Растворы тампонажные расширяющиеся золоцементные, РД 41, УС Р 91-81, УкрНИГРИ, 1981, с. 12-13. (54) РАСШИРЯ10@1ЙСЯ ТАИПОНАЖНЫЙ РАСТВ0Р (57) Изобретение относится к бурению скважин. Цель изобретения — повьппение сцепления цементного камня

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промьппленности, в частности к расширяющимся тампонаж ным растворам, и может быть использовано при креплении скважин в диао пазоне температур 100-150 С.

Цель изобретения — повьппение сцепления цементного камня с обсадной колонной при одновременном увеличении термостойкости.

Расширяющийся тампонажный раствор содержит шласопесчаный тампонажный цемент (ШПИС), расширяющую добавку — пылевидную золу горючих слан" ,цев, замедляющие добавки — нитрило2 с обсадной колонной при одновременном увеличении термостойкости. Тампонажный раствор содержит следующие компоненты, мас.ч,: шлакonесчаный цемент 50,0-70,0; пылевидная зола горючих сланцев 30,0-50,0; бентонитовый глинопорошок 0,66-1,00; феррохромлигносульфонат 0,20-0,40; нитрилотриметилфосфоновая кислота 0,03.—

0,10; железный купорос 0,30-0,70; вода 50,0-52,0. При приготовлении раствора диспергируют бентонитовый порошок в воде. Затем растворяют добавки и затворяют сухую смесь шлакопесчаного цемента и пылевидной золы. Введение железного купороса позволяет замедлить скорость гидратации и обеспечить расширение после транспортирования раствора по скважине. Использование раствора позволит повысить качество разобщения близкорасположенных пластов. 1 табл.

1 триметилфосфоновую кислоты (НТФ) и феррохромлигносульфонат (ФХЛС), а также бентонитовый глинопорошок, же.лезный купорос и воду при следующем соотношении компонентов, мас.ч,:

I 57! 220

Бентонитовый глинопорошок 0,66 — 1,00

Железный купорос 0,30 — 0,70

Вода 50., 00 — 52, 00

Высокая термостойкость цементного камня иэ тампонажного раствора в диапазоне 100-150 С обусловлена качественным составом шлакопесчаного цемента, твердеющего с образованием ниэкЬосновных гидросиликатов кальция, а также образованием дополнительно значительного количества гидросиликатов тоберморитового типа и кремнеземсодержащих алюмоферитных

1 гидрогранатов кальция при взаимо1 действии гидроксида кальция гидратированной сланцевой золы с кварцем и доменным шлаком.

Высокое сцепление цементного камня из тампонажного раствора с обсадо ной колонной в диапазоне 100-150 С, ( обусловлено как составом продуктов твердения, так и высокими значениямии остаточного, т. е. происходящих непосредственно в эатрубном пространстве скважины расширения и самоуплотнения твердеющего тампонажного раствора в результате применения добавки — железного купороса.

Регулирующее действие железного купороса на кинетику расширения тампонажного раствора объясняется образованием на частицах оксида кальция сланцевой золы. пленки сульфата кальция, замедляющей скорость гидратации оксида кальция. Гидроксиды железа (rZ) образующиеся в результате гидролиза сульфонат железа, кольматируют поверхность кристаллов портландита, образующихся при взаимодействии окиси. кальция с водой, препятствуя их росту и способствуя замедлению процесса расширения всей системы в целом, Пылевидная зола горячих слан" цев — тонкодисперсный минеральный остаток от сжигания горючих сланцев, уловленный иэ дымовых газов системой обеспыливания. Содержание несвязанного оксида кальция в зоне составляет ие менее 16, а дисперсность (остаток на сите У 008) - не более 30Х.

Приготовление тампонажного раствора производят по обычной технологии путем затворения сухой смеси цемента и сланцевой золы с последующим перемешиванием в мешалке. Все добавки, в ТоМ числе железный купорос, вводятся с водой затворения.

Бентонитовый глинопорошок вводится с водой затворения, но при этом осуществляется его диспергирование в течение 30-40 мин.

Пример 1. В 50 мас.ч. воды растворяют 0,03 мас.ч. НТФ, 0,2мас,ч.

ФХЛС, 0,3 мас.ч. железного купоро" са и диспергируют 0,66 мас.ч. бентонитового глинопорошка. Раствором затворяют 70 мас.ч. цемента Ц!ПЦС-120 и 30 мас.ч,. пылевидной эолы горючих сланцев. Полученный тампонажный раствор с растекаемостью 205 мм предварительно перемешивают 2 ч в консистометре при 80ОС и 30 МПа, затем из него формируют образцы. Через 24 ч твердения при 100 С и 30 МПа расширение камня составляет 7,2, а сцепление — 3, 2 MIla.

П рим е р 2. В 51 мас,ч. во25 ды растворяют 0,05 мас.ч. НТФ, 0,3 мас.ч. ФХЛС, 0,5 мас.ч. железного купороса и диспергируют 0,85 мас.ч. бентонита, Раствором затворяют

60 мас,ч. цемента и 40 мас.ч. слан30 цевой золы. Полученный раствор с растекаемостью 200 мм перемешивают при ОООС и 40 МПа. При 125 С и

40 Г1Па расширение камня составляет 9,5Х, а сцепление — 5, 0 МПа.

Пример 3. В 52 мас,ч. воды. растворяют 0,1 мас,ч, НТФ, 0 4 мас.ч. ФХЛС, 0,7 мас.ч. железного купороса .и диспергируют 1 мас,ч. бентонита. Раствором затворяют

50 мас.ч. цемента и 50 мас.ч, сланцевой золы. Полученный раствор с растекаемостью 200 мм перемешивают при 120 С и 50 М!1а. При 150 С и

50 MIIa расширение камня составляет

9,1Х, а сцепление — 6,3 MIla.

П р им е р 4. В 50мас.ч, воды растворяют 0,03 мас.ч. НТФ, 0,2мас.ч.

ФХЛС, 0,2 мас.ч. железного купороса и диспергируют 1 йас.ч.. 6ентонита.

Раствором затворяют 50 мас.ч, цемента и 50 мас.ч. сланцевой золы, Приготовленный тампонажный раствор с растекаемостью 210 мм перемешивают при 80 С и 30 МПа. Расширение камня при 100ОС и 30 МПа составляет 4,3Х, а сцепление — 1,9 МПа, 1

Пример 5. В 52 мас,ч. воды растворяют 0,1,мас,ч, НТФ, 0,4 мас,ч.

ФХЛС, 0,8 мас.ч. железнрго купороса 7 I ?20

50i0 — 70, О

0,66 — 1,00

5 1 и диспергируют 0,66 мас,ч. бентонита.

Раствором затворяют 70 мас.ч. цемента и 30 мас.ч. сланцевой золы. Приготовленный тампонажный раствор с растекаемостью 180 мм перемешиваютпри 120 С и 50 МПа. Расширение камня при 150ОС и 50 МПа составляет б,37., а сцепление — 2,6 MIIa.

Тампонажный раствор имеет высокий температурный диапазон применения, а регулируемая кинетика расширения позволяет по1пучить повышенное ñöåïление цементного камня с обсадной колонной и стенками и, таким образом, уменьшить количество ремонтноизоляционных работ в период освоения скважин и продлить межремонтный период их эксплуатации.

В температурном интервале 100150 С оптимальными являются смеси о с соотношением КП11С-120 и сланцевой золы от 70:30 до 50:50.

В таблице представлены данные о влиянии двухчасового предварительного перемешивания, имитирующего транспортирование тампонажного раствора в эатрубное пространство скважины, на расширение цементного .ДЧ камня I,--). и сцепление его с колон V ной, характеризуемое величиной касаи тельного напряжения (> > z) при выдавливании затвердевшего цементного камня из стального цилиндра, Как видно из таблицы расширение камня, твердевшего после предварительного. перемешивания раствора, составляет всего 20,2-25,0; 16,6-18,9 и 11,612,7Х расширения камня, твердевшег о в статических условиях при 1 00, 1 25 и 1 50 0 соотв етств енно. Этим невысоким остаточным расширением и объясняется падение (на 56-71Z) величины сцепления камня в случае предварительного перемешивания тампонажного раствора (растворы 1,16, 31, 6, 21, 36, 11, 26, 41), Введение в состав тампонажного раствора 0,3-0,4; 0,4-0,5 и 0,60 7 мас.ч. железного купороса соответственно при 100 125 и 150 С поэ ) воляет сохранить высокие значения сцепления камня с колонной за счет замедления скорости гидратации окси" да кальция золы во время двухчасового перемешивания (растворы 3, 4, 18, 19, 33, 34, 8., 9, 23, 24, Э8, 39, .13, 14, 28, 29, 43, 44). При этом "e45 в

6 указанных растворах в 2,3-2,7 раза вьппе, чем у. аналогичных растворах беэ добавки железного, купороса.

Дозировка железного купороса ниже оптимальных значений не обеспечивает высоких значений сцепления камня и предварительно перемешанных растворов. Повьппение содержания купороса сверх оптимального увеличивают водопотребность .тампонажных растворов и ускоряет образование в них структуры за счет активизации процессов гидратации частиц домен15 ного шлака избыточным количеством сульфат-ионов, о чем свидетельствует сокращение времени загустевания, Снижение содержания твердой фазы в растворе и быстрый процесс структурообразования, уменьшая расширение, вызывают тем самым уменьшение величины сцепления камня.

Использование изобретения обеспечивает высокое качество раэобще25 ния блиэкорасположенных пластов лри 100 — 150 С.

Формула изобретения

30 Расширяющийся тампонажный раствор, включающий вяжущее, пылевидную эолу горючих сланцев, бентонитовый глинопорошок, замедлитель сроков схватывания, водорастворимую соль

35 и воду о т л и ч а ю щ H u тем, что, с целью повьппения сцепления цементного камня с обсадной колонной при одновременном увеличении термостойкости, он содержит в

40 качестве вяжущего шлакопесчаный цемент, в качестве замедлителей сроков схватывания феррохромлигносульфонат и нитрилотриметилфосфоновую кислоту, в качестве водорастворимой

45 соли железный купорос при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Плакопесчаный цемент

Пылевидная эола горючих сланцев 30,0 — 50,0

Бентонитовый глинопорошок

- Феррохромлигносульфонат 0,20 — 0,40

Нит рилотриметилфосфоновая кислота 0,03.— О, 10

Железный купорос 0,30 — О, 70

Вода 50,Q — 5",О

l 571220

Свойства тан»снаяяого раствора я ценентяого канна

BlÒ

Расяяренне hV/V> 8 н сцепление О,ае ° !

4Па це>ситного нанни через 24 ч тверденил псе>попоить> таннонвяяОго раствОра>

wc ÷.

Рас" текаеность, нн

8 ренн

saI 7cтепе нил, ч ннн

YchcB»1 тверденик!

Тс>ат /Р>

С/ЙЦа

Вййо Пор

ВОК беато

Мятоев>й зола

r»y>c" лип сээап»

ЦЕВ елене>й, упоОс оез предвврителвного переманивания растеОра

С предварнтельнэ» перемеяиваниен растйора

hV/V > >ае aV/V Р>4

1.!

° n I

225 100/ЗО !

210

0 50

0 50

О> 50

0,5!

0,51

0,50

O,50

0,50

0,51

0,51

0,50

0,50

0,50

0,51

О;51

0,50

0,51

0,51

0,51

0,52

0,50

0,51

l0>4

10,2

10> I

1011

8,4

13>6

13 ° 4

l31I

13,0

8,6

15,8

15,6

15,3

15,4

9,0

l2 ° 2

12,0

12,0

11,6

8,0

15,3

15 0

3-40

3>2

2,6!

2

3 70 . ЗО

5

7

8 60

10 .

0,20 о,зо

0,40

0,50

3-10

3,2

Э,О

1;8

7,2

205

2" 50

3,4

3,2

3 4

2-30

2-00

7,3

Э,Э

2 ° 6

4,5

4,4

230 100/ЭО 3-50

l ° 6

2,9

215

0,20

0,30

0,40

0,50

2,0

3-50

4,2

205 !!

3-05

4,6

4,7

3,9

8,8

4iO

2-4 5

9,0

220 100/ЗО

200 и

185

1-55

2,5

3-50

3-20

4,8..

1,6

3i2

0,20

4>S

4 ° 3

1,9

13 50 50

14

IS

16

17

18 70 30

19.

20 .21

22

23 60 40

24

9,1 4,3

3-20, 0,30

5,о

0,4О

2-50

4,1

9,4

4,2

0,50

2-15 2,1

2,6

5,0

125/40

210

5,2

3-45

2,3

I,B в

5 ° О

3-10

О,ЭО

0,40

0,50

0 60

2,2

4,2

205

2-55

5,3

5>2

7,8

2-25

200

8,1

4>9

It

125/40

195

1-55

Э,б

230

3-50

5,7

2,6

0,30

210!

205

3-10

5,5 ..

4,9

2,2

О,sl

5,2

0,40

14,8

14,9

Э-ОО

5 ° 8

9,3

9,5

0,50

0,60

О, 51

200

2-4 О

5,7

5,О

2-1 5

3,6

205

7,3

0,52

10,1

16,9

I6,5

О 50!

45/40

230

3-50

5 7

2,2

2,0

27

28 50 ..50

29 зо

0,5! 215

О,ЗО

3-20

5 7

4,6

2,4

16 ° I

Э-IО

0,40

0,51

205

5,9

5>4

9,8

0 51 200

О ° 52 200

0,50

15,4

2-50

5,7

9,6

5,2

0,60

2" Э О

IO 6

3,8

1,0

2,8

150/50 3-30

31

32.

ЭЭ

34

36

37 .

38

39

4О.

41

42

43

44

О, 51

230

15,7

5,6

2,0

2,2

» о 5о

0,51

2I О

3-10

2-55

15,О

5 ° B

4,9

3,2

0,52 200

70 30

О,5О

14,2

6 ° 1

8,8

5,Э

° I

0,10

0,80

О>52

190

2-35

IЭ,9

6,0

5,6

9,0

0,52 180.

12,0

2-20

4,0

6,3

2,6

150/50 3-40

0,51

230

17 ° 2

6 ° 2

2,3

2,1. 3-15 16,0

0 50

0,51

200 6,3

Э,5

4,8

60 40

° 1

0,60

0,10

0,80

0,52

200

3-05.!5,8

6,7

6,1

9,1 в

0,52

2-4 О

I5,5

6,5

8,9

5,9

1.

2,7 и

215

0,52

2-30

12,2

4,1

6,2

2,1 2,4

5,0 3,4

0,51

150/50

3-40

IS I

16,1

7,0

150/50 3-20

0,50

О, 51

6,8

50 50

О> 52 220

0,60

15,9

6,9

9,3 6,2

7 ° I

0,52

0,70

О,BО

200

2э40

l5 3 б,э

9,!

0,52 190

2-20

I2,3

3,9

6,7

2,2

150/50 3-20

0,12 0,40 0,50

0,12 0,40 0,85

Портлаидценент

240

75 25 47 50 50.

0,50

l5 3

0,9

OiB

О,B

2 ° !

0>52

Э-45

19,8

2,3

0,8

П р н н е ч а и и е. Определение зренеии загустевании и предварителвное переменнвание растворп проиэвпдвтсв прн днианической те>сэературе Тавв » 0,8 Т „

0,03

0,03

0,03 . о,рз

0>03

0,03

0,03

O,Î3 о,оз

0,03 о оэ

0,03

»

o,îç

0103 о,оз

0,05 0,05

o,os

0,05

0,05

0 05

0,05

О> 05

0,05

O,05

o,oS

0>05

0,05

0,05

0 05

О, lo

0,10

0,10

0,10

0,10

0,10

0,10

0,10

0,10

0,10

0,10

011Î

0,10

0,10

0,20

0,20

0,20

0,20

0,20

0,20

0,20

0,20

0,20

0>20

0,20

0,20

0,20 О, 20

0,30

0>3О

0,30

0,30

0,3О

Oi30 о,зо

0>30

Oi30

0,30

О>3О

0,3О

0,30 о,зо

0>40

0,40

О,4О

0,40

0,40

0,40

0> 40

0,40

0,40

0,40

О14О

0,40

0,40

0,40

0,40

0,66

0,б6

0,66

0,66

0,66

0,85

0,85

0,85

018 5

0,85

1,00

1,00

I ° 00

1,00

l, 00

0,66

0,66

0,66

0,66

О,66

0,85

0,85

О,85

0,85

0,85

1,00

1,00

1,00

1,00

1 >00

0,66

0,66

О,бб

0,66

0,66

0,85

0,85

0,85

0,85

О185

1,00

1,00

I 00

1,00

1,00