Тампонажный раствор

 

Изобретение относится к бурению скважин и предназначено для цементирования нефтяных и газовых скважин. Цель изобретения - снижение водопроницаемости и повышение давления гидропрорыва при одновременном увеличении прочности сцепления цементного камня с металлом. Раствор содержит следующие компоненты при их соотношении, мас.ч: портландцемент 100; понизитель водоотдачи 0,2-1,2; гидросил 1.0-9,0; сульфат натрия-1.0-4,0; вода 50,5-76.3. В качестве показателя водоотдачи используют КМЦ или оксиэтилцеллюлозу, или поливиниловый спирт, или полиакриламид. Тампонажный раствор готовят затворением портландцемента на водном растворе добавок. Добавка гидросила обеспечивает высокую стабильность раствора , а структура камня значительно уплотняется из-за уменьшения гелевой пористости , вследствие чего понижается водогазопроницаемость. 1 табл. со с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (э!)5 E 21 В 33/138

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯЦ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ газопроницаемость. 1 табл. 4

О

Ю ,СО,О

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4708634/03 (22) 21.06.89 (46) 07.01,92. Бюл, М 1 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по креплению скважин и буровым растворам (72) А.Н,Куксов, З.Ш.Ахмадишин, Л,В.Палий, В.Е.Ахрименко, В.Н.Никифорова и

Б.Б.Сердюк (53) 622.245.42(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1273506, кл. Е 21 В 33/138, 1986.

Авторское свидетельство СССР

N 1637406, кл. Е 21 В 33/138, 1989. (54) ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР (57) Изобретение относится к бурению скважин и предназначено для цементирования нефтяных и газовых скважин. Цель изобреИзобретение относится к тампонажным материалам для цементирования нефтяных и газовых скважин.

Целью изобретения является снижение водопроницаемости цементного камня эа счет увеличения давления гидропрорыва при одновременном увеличении прочности сцепления цементного камня с металлом.

Тампонажный раствор содержит следующие компоненты при их соотношении, мас. ч.:

Портландцемент 100

Понизитель водоотдачи 0,2-1,2

Гидросил 1,0 — 9,0

Сульфат натрия 1.0 — 4,0

Вода 50,5 — 76,3

В качестве понизителя водоотдачи тампонажный раствор содержит КМЦ или окси1

„„ Ы „„1 703807 А1 тения — снижение водопроницаемости и повышение давления гидропрорыва при одновременном увеличении прочности сцепления цементного камня с металлом.

Раствор содержит следующие компоненты при их соотношении, мас.ч: портландцемент 100; понизитель водоотдачи 0,2 — 1,2; гидросил 1,0-9,0: сульфат натрия-1,0-4,0; вода 50,5-76,3. В качестве показателя водоотдачи используют КМЦ или оксиэтилцеллюлозу, или поливиниловый спирт, или полиакриламид. Тампонажный раствор готовят эатворением портландцемента на водном растворе добавок, Добавка гидросила обеспечивает высокую стабильность раствора, а структура камня значительно уплотняется из-за уменьшения гелевой пористости, вследствие чего понижается водоэтилцеллюлозу (ОЭЦ), или поливиниловый спирт (ПВС), или полиакриламид (ПАА). Гидросил представляет собой смесь двуокиси кремния и гидроксила алюминия и является побочным продуктом суперфосфатного производства.

Добавка гидросила в цементный раствор обеспечивает высокую стабильность, а структура камня значительно уплотняется из-за уменьшения гелевой пористости, вследствие чего понижается водогазопроницаемость.

Введение в портландцемент гидросила и сульфата натрия способствует увеличению скорости гидратации цементных зерен, росту ранней прочности и адгеэии камня.

1703807

Скорость гидратации цемента обусловливается образованием дополнительного эттрингита и гидросиликатов кальция в начальный период твердения и определяется составом жидкой фазы, содержащей ионы 5

Са, SO<,.А!(ОН)з, При взаимодействии сульфата натрия с суспензией цемента последняя быстро обогащается ионами натрия и сульфата, что приводит к увеличению концентрации гидроксильных групп и сни- 10

++ жению содержания ионов Са за счет связывания их ионами S04, а присутствие

2А!(ОН)з приводит к образованию дополнительного гидросульфоалюмината кальция и натрия, повышающего прочность и плот- 15 ность структуры цементного камня.

Оптимальное соотношение гидросила и сульфата натрия в тампонажном растворе составляет от 2:1 до 3:1.

Раствор готовят следующим образом. 20

Растворяют в воде пониэитель водоотдачи, затем гидросил и сульфат натрия. На полученном растворе затворяют портландцемент, Составы и свойства раствора и камня 25 приведены в таблице.

Водоотдачу определяют при перепаде давления надфильтром 3,7 МПа при 20 и 75 С.

Величину сцепления (адгезию) цементного камня с металлом оценивают по усилию сдвига 30 при выдавливании образца из пресс-формы под прессом. Водопроницаемость оценивают следующим образом. B металлическую пресс-форму заливают тампонажный раствор, выдерживают в термостате при t = 20 35 и 75 С. Затем формы герметично подсоединяют к установке высокого давления. По величине объема профильтровавшейся жидкости и давлению гидропрорыва рассчитывают коэффициент водопроницаемо- 40 сти, Пример 1 (опыт М 3). Берут 648 мл (64,8 мас. ч.) воды, добавляют KMU, 6 г (0,6 мас. ч.), перемешивают до полного растворения, затем добавляют последовательно 45 при перемешивании сульфат натрия 30 г (Змас. ч) и гидросил 80 г (8 мас. ч), после этого добавляют 1000 г (100 мас. ч.) цемента, перемешивают механической мешалкой в течение 3 мин, затем проводят испытания 50 по указанной методике.

Численные значения определяемых величин для приведенного примера следующие: растекаемость раствора 19 см, водоотстой О, водоотдача за 30 мин при 20 55 и 75 С соответственно 30 и 82 см, начало схватывания при 20 и TРС соответственно 4 ч 40 мин и 1 ч 45 мин, конец схватывания 6 ч и 2 ч 30 мин, прочность на изгиб при B/c

= 0,6 через 2 сут составляет 3,6/6,0 Mila, прочность сцепления 2,0/2,8 МПа, водопроницаемость 0,04 10 м/с.

-9

Пример 2 (опыт N. 7). Берут 505 мл (50,5 мас. ч.) воды, добавляют ПВС 12 г (1,2 мас, ч.), перемешивают до полного растворения, затем добавляют сульфат натрия 10 г (1 мас, ч.) и 10 г (1 мас. ч.) гидросила, перемешивают, затем вводят 1000 г (100 мас. ч.) портландцемента, перемешивают и проводят испытания, аналогичные с примером 1.

Результаты испытаний водоотдачи, водоотстоя, прочности, сроков схватывания прочности сцепления, водопроницаемости помещены в таблице.

При содержании компонентов в больших или меньших количествах от указанных пределов происходит ухудшение всех характеристик тампонажного раствора.

Из приведенных данных видно, что тампонажный раствор имеет короткие сроки схватывания, обладает высокой седиментационной устойчивостью (водоотстой не более 0,6 ), низкой водоотдачей (до 100 см за 30 мин), а также повышенной механической прочностью камня (при сравнимых водосмесевых отношениях на 10-80О(, выше, чем у известных растворов), величина сцепления с металлом в 1,5-2 раза выше. а водопроницаемость в 2-5 раз ниже, чем у сравниваемых составов.

Использование тампонажного раствора в промышленности позволит повысить качество цементирования скважин в продуктивных горизонтах эа счет улучшения сцепления цементного камня между породой и обсадными трубами, что даст возможность сократить число ремонтно-изоляционных работ, Формула изобретения

Тампонажный раствор, включающий портландцемент, пониэитель водоотдачи, сульфат натрия и воду, отличающийся тем, что, с целью снижения водопроницаемости и повышения давления гидропрорыва при одновременном увеличении прочности сцепления цементного камня с металлом, он дополнительно содержит гидросил при следующем соотношении компонентов, мас. ч,:

Портландцемент 100

Понизитель водоотдачи 0,2 — 1,2

Гидросил 1 — 9

Сульфат натрия 1 — 4

Вода 50,5-76,3

1703807

БодоотCtстав а 100 мас. « ttt ртлалдцемц >та

Сроки стеб>иванна ч мнн растекаеность

Евдо> стой, 7емлера тура, С гром«ость счел«енна через I с, 6, ь>Па з

Прочность лрн наги

Се через

2 с,IS

Нда

Плотв/r

tt-, -,.

«

Ент; т е цб>м де«а с /30 н нос т ь г/см>! а. т Вода

Птн и>итель аоб>оо т дачи

Конец тта ало

См сил

6-20

2-05 ((0

2 4 б

5,5

11-}0

3 30

1 6 б2,3

I,83 20 !.83 19

2,4

50 0,5

2,5

4-}0

1-50

}-40

}8

110

8 12

1, 6 ,О

1;82>}

3,3

0,6

КН4-0,2 1

5о,5 0,5

0,3

4-40

1-т>5

6-00

2-30

2 О

2,8

64,6 0,6 1,74 18

КНЦ-О,6 8

0,4

6-00

2-30

10-40

3" 2 О

}2

1 8

2,8

76,3 о,7

76,3 0,7

КН4-1,2 9

1,65 20

0,6

120

g-40

2-20

} 00

1-50

},О

5,3 Л

2,9

1,64 19

ПВС"0,2 9

0,2

0,2 уп

6-10

2-40

4-00

1-65

2.г

3,2

ПВС-0,6 6

Ь3,6 0,6 1,73 20

50,5 о,5 1,62 2о,5

4-40

1-45

8 }o

2-50

}o

2 6 б

3,5

ПВС- 1,2 !

0i l

0,3

6 }0

2-50

}22О

1-55

ОЭ4-0,2 1

50,5 о,5

64,6 0,6

1,62 19,5

1,74 16

0,2

0,6

«О

8о

}-40

1-!>5

2 6 б

3,2

7:}О

2-20

ОЭЦ-О,Ь 8

0,1

4-10

1-45

g-40

3-20

}О

Еб}

3,0

ОЭЦ-1,2 9

76,3 0,7 1,65 !6

0,2

100

6-2 О

2-00!

ОЭОО

IlAA-О,2

0,6

1,83 19

50,5 0,5

0,7

4-20 !

275

8 }îo

2-50

}б2

2 О б

3,0

ПдД-O,Ь 9

76,3 0,7 1,65 18,5 0

0,2

g-40

3-30

«-10

2 8

- 8

Пдд-1,2 6

0,3

24-00

24200

18- 00

10-00

8о

О 6

1,8

О 8 б

1,2

КН4-1,3 !О

0,5

0,6

ПВС-О, 1

8-50

1-1О

1-2 О

0-50

500

1 2 б

2,3

О 6 б

1.9

7,5

O,S

1,2

1,9

4-40

1245

22

90 б6

6- 00

2-30

KHlI- О, 5 6

0,4

1,2

100

8-30

4-20

1 4 б

2,0

5-00

3-20

4-40

2-30

I!I!4-0, 5

1,2

1,2

3 Зо

2 4

t,8

1 2 б

2,0

КНЦ-0,2

КаОП

Ночевина

2,0

2,6

8-00

3-00

14-00

6-50

}О

1 6

},820

Об1

КНЦ-О, В 2

0,2

3 ° 5

8-750

160

I 8

3,1

16-20

5-30

IS б

1 О

1.7

КН4-0,8

< cI23 55 0 55 1 82 17

0,3

3,0

18-00

6-50

}О

130

1 6

},1

О 8 б

1,3

10-00 а -30

60 о,6 17616

ОЭЦ-0,5

СаСI

0,1

3,2

Составитель Л.Бестужева

Техред М,Моргентал Корректор А.Осауленко

Редактор И.Горная

Заказ 46 Тираж Подписное

ытиям п и ГКНТ СССР

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при

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

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, у, р н и л,Гага ина, 101

63,6 0,6 1 ° 74 18

49,5 0,45 1,76 Паста

75,! 0,75 1,62 25

70,2 0,65 1,74 18

55,0 0,55 1,78 22

50 0,5 1,82 19

70 О 7 1 65 20

}+

2,6

8,5

2 8

6.5

4 ° (5.