Тампонажный раствор для изоляции зон поглощений

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Е 21 В 33/138

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4818078/03 (22) 15.01.90 (46) 15.04.92. Бюл, М 14 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт буровой техники (72) Б. M. Курочкин, Н. Т. Москвичева, B. H.

Лобанова, И. С. Катеев и Р. А. Хабибуллин (53) 622.245.42(088. 8) (56) Эффективность применения тампонажных,паст для ликвидации зон поглощения.

Сер. Бурение.- M.: ВНИИОЭНГ, 1974. с. 43, Авторское свидетельство СССР

N 829874, кл. Е 21 B 33/138, 1981. (54) ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ЗОН ПОГЛОЩЕНИЙ

Изобретение относится к составам тампонажных смесей, в частности для изоляции зоны поглощения промывочного или тампонажного раствора в нефтяных и газовых скважинах.

Известнатампонажная паста для изоляции зоны поглощения промывочного раствора. содержащая цемент, полиакриламид, хлорид кальция и воду.

Однако, известная тампонажная паста характеризуется недостаточной эффективностью при ликвидации зоны поглощения ввиду низких структурно-механических свойств и высокой плотности.

Наиболее близким к предлагаемому является тампонажный раствор, вкл ючающий, мас. : портландцемент тампонажный 61,365,3, наполнитель 1,3-5,3, разнорадикальную бичетвертичную соль аммония (РБСА)

0,07 — 0,11 и воду — остальное.. Ж 1 726733 А1 (57) Изобретение относится к бурению, Цель — повышение качества изоляции за счет придания раствору тиксотропных свойств при обеспечении прокачиваемости и одновременном снижении его плотности. Раствор содержит следующие компоненты при их соотношении, мас.ч.:. тампонажный порт.ландцемент 100; разнорадикальная бичетвертичная соль аммония 0,25 — 0,50; кальцинированная сода 2,5-4,0; сломель

3,0-3 5; вода 73.0-75,0, 8 воде растворяют соду, затем соль аммония. Раствором затворяют портландцемент. Коэффициент тиксотропии на порядок выше, чем у обычного цементного раствора. Сроки схватывания

7-8 ч, плотность раствора 1640 — 1650 кг/м, 1 табл.

Недостатком вышеуказанного раствора является также его высокая плотность и низкие тиксотропные свойства, что не обеспечивает эффективную изоляцию зоны поглощения.

Цель изобретения — повышение качества изоляции зоны поглощения за счет придания раствору тиксотропных свойств при обеспечении прокачиваемости и одновременном снижении его плотности, Поставленная цель достигается тем, что предлагаемый тампонажный раствор для и зол я ции эон ы поглощения, включающий портландцемент тампонажный, наполни.тель, разнорадикальную бичетвертичную соль аммония и воду, дополнительно содержит кальцинированную соду, а в качестве наполнителя применен сломепь, причем компоненты взяты при следующем соотношении. мас.ч.:

1726733

Портландцемент тампонажный 100

Разнорадикальнэя бичетвертичная соль аммония 0,25-0,5

Кальцинированная сода 2,5 — 4,0

Сломель 3,0-3,5

Вода 73,0-75,0

Техническая характеристика используемых компонентов.

Портландцемент тампонажный ПЦТДО для нормальных температур по ГОСТ

1581 — 85.

Разнорадикальная бичетвертичная соль аммония. ТУ 88.УССР, 192-035 — 86.

Кальцинированная сода — белый порошок с хорошей растворимостью в воде.

ГОСТ 5100-85.

Сломель — наполнитель пластиковый из отходов слоистых пластиков. ТУ 6-19-181150-88.

Тиксотропные свойства у цементного раствора проявляются только при одновременном сочетании в растворе РБСА и

Ма2СОЗ. РБСА путем ионообменных реакций заменяет те позиции на частицах алюминатных и сульфатных новообразований, которые способны при его отсутствии давать платные точечные или фазовые контакты, пластифицируя эти контакты, а сода переводит их в разряд коагуляционных, Это повышает интенсивность развития гидратацион ного процесса.

Кроме этого, при введении РБСА и

Иа СОз наблюдается резкое увеличение статического напряжения сдвига и пластической вязкости, но после 2-3-х-кратного разрушения этой структуры в динамических условиях полного ее восстановления не наблюдается. Следовательно, в предлагаемой системе определенное количество контактов и некоагуляционного типа.

Наполнитель сломель мало влияет на тиксотропные свойства раствора и служит как облегчающая добавка и как закупоривающий материал, способствующий более эффективной изоляции зоны поглощения.

Предлагаемый тампонэжный раствор имеет в своем составе кальцинированную соду. Известны тампонажные составы, содержащие кальцинированную соду, Например. состав содержащий цемент, глину, хлористый натрий, кальцинированную соду и воду; состав. содержащий цемент, хлористый кальций, кальцинированную соду, метас и воду; состав, содержащий цемент, полиакриламид, хлорид кальция, кальцинированную соду и воду, Однако эти составы не обладают тиксотропными свойствами, характеризуются малой подвижностью (растекаемость 13,5 см по конусу АзНИИ после 10 мин статического стояния), что затрудняет прокачивание раствора в зону поглощения.

5 Вотличие от известных,,раствор на основе предлагаемой тампонажной смеси характеризуется достаточной для прокачивания подвижностью (растекаемость после приготовления725 см), он легко

10 закачивается в скважину, э за счет понижейной плотности уменьшается вероятность гидроразрыва пласта., Предлагаемый тампонажный раствор имеет водоцементный фактор 0.73 — 0,75, следовательно снижается з

15 расход цемента на приготовление 1 м раствора и сокращаются материальные затраты на проведение изоляционных работ, Основанием для рекомендации к применению тиксотропных составов служат их

20 технологические преимущества, а именно; — тиксотропный раствор при замешивании и нагнетании сохраняет свою текучесть, но быстро становится гелеобразным и загустевшим в тех случаях, когда нагнетание

25 прекращается или па мере того, как раствор попадает в трещиноватую или сильно проницаемую зону, где скорость перемещения снижается.

При цементировании зон поглощения

30 или обсадных колонн тиксотропный состав в кольцевом пространстве при остановках становится "самоудерживающим", благодаря чему он не оказывает гидравлического и гидростатического давления, причем почти

35 полное снижение гидростатического веса возникает через 10 мин, Тиксотропный раствор после остановки снова становится текучим при приложении определенного давления для его страгива40 ния и течения.

Пример, Раствор из предлагаемой тампонажной смеси готовили следующим образом.

B 73 г воды при перемешивании раство45 рили 3 r соды, затем ввели 0,4 г РБСА и после полного растворения при непрерывном перемешивании на данном растворе осуществили затворение сухой смеси из 100

r цемента и 3 г сломеля.

При изменении последовательности

50 ввода реагентов (йа2СОз и РБСА) в воду для затворения цемента тиксотропные свойства раствора ухудшаются.

У полученных растворов определяли

55 следующие параметры: плотность. растекаемость, СНС эа 1 и 10 мин, пластическую вязкость, время схватывания-(начало и конец), прочность цементного камня при изгибе через 48 ч.

1726733

Раствор из предлагаемой смеси имеет плотность, равную 1640 кг/м при водоцез ментном отношении 0,73 — 0,75, Приготовленный раствор, залитый, например, в конус АзНИИ или стакан через 10 мин превращается в плотную нетекучую 5 массу. которая после механического перемешивания снова становится текучей, Тиксотропность структуры определялась коэффициентом тиксотропии, который 10 рассчитывался по формуле;

010 01 Q10 Q1 010 01

10 — 1 600-60 540 где 01 и Q10 — показатели статического напряжения сдвига соответственно за 1 и 10 15 мин;

Т1 и Т10 — время замера статического напряжения сдвига, с.

Предельное статическое напряжение 20 сдвига измерялось прибором СНС-2.

Предлагаемый тампонажный раствор отличается от известных тем, что коэффициент тиксотропии у него в 15-20 раз выше, чем у прототипа и в 9 раз выше, чем у обыч- 25 ного цементного раствора (при В/Ц=0,5 (см. табл.).

Рецептуры и свойства раствора на основе предлагаемой тампонажной смеси и известного приведены в таблице. 30

Из данных таблицы видно, что при введении в тампонажный раствор РБСА или

Ка2СОз по отдельности (рецептуры 16 и 17) свойств тиксотропии не наблюдается. Тиксотропные свойства раствор проявляет 35 лишь при coBMGGTHoM вводе вышеуказанных реагентов.

Так, при содержании РБСА в количестве

0,3 мас.ч. на 100 мас. ч. цемента оптимальным содержанием Иа2СОз следует принять 40

2,5-4,0 мас.ч. При уменьшении Nag COg<2,5 мас, ч, раствор обладает слабыми тиксотропными свойствами. а при увеличении>4,0 мас.ч. начинается загущение раствора и

45 снижение тиксотропных свойств. При содержании йа2СОз в количестве 4,0 мас.ч. на

100 мас.ч, цемента оптимальным содержанием РБСА является 0,25 — 0,5 мас.ч.

Увеличение РБСА более 0,5 мас,ч. нецелесообразно, так как это ухудшает реологические параметры раствора и приводит к снижению прочности цементного камня.

Технико-экономическая эффективность при использовании предлагаемой тампонажной смеси достигается за счет наличия высоких тиксотропных свойств у раствора, получаемого из этой смеси.

Кроме того, хорошая подвижность раствора и пониженная плотность. облегчает процесс закачивания его в зону поглощения, а поскольку для приготовления раствора с пониженной плотностью требуется меньший расход цемента (0,93 т против 1.18 т — у известного), то следовательно сокращаются материальные затраты на проведение изоляционных работ.

Формула изобретения

Тампонажный раствор для изоляции зон поглощений, включающий тампонажный портландцемент, наполнитель, разнорадикальную бичетвертичную соль аммония и воду, отличающийся тем, что. с целью повышения качества изоляции за счет придания раствору тиксотропных свойств при обеспечении прокачиваемости и одновременном снижении его плотности, он дополнительно содержит кальцинированную соду, а в качестве наполнителя сломель при следующем соотнощении компонентов, мас. ч.:

Там понажный портландцемент 100

Разнорадикальная бичетвертичная соль аммония 0,25 — 0,5

Кальцинированная.сода 2,5 — 4.0

Сломель 3,0-3.5

Вода 73,0 — 75,0.

1 726733

1

I

I

l !

1

3

X Ф. * ат тс( с

ЭСО О (с 30 .т

1. Ф .

Ф Ф Ф х x ax о о.О О

I 0 Х

0 3I Z Z

1 т 9

Х с

1 в о (Ч |Ю

М М

-т (ч Dco Оъ(0

CI ОЪ |О |О .О "О

СЧ(ЧМ(ММ

I l

I I

I I

I I

I 1

Х I Ф I

S 1 Х 1

О 1

1 1 1

1 I

I О I

X 1 C I

l t33 t

Ф I 1

Ф 3 Ф I

Х l

I

I

1 1

1 Б

1 О

1 Ф

i Ф

Х

I U

1

1 Ф

1 О.

3 О

1А 1А в м

I I

Л Л вО вО вао О

ВОММ М

I 1 t 1 3 1 I

COCO Г I Г 3 Г Л

О СЪ

D СЧ

3 °

Г СГ

I t

1 Х

I I«

О ! Я

1 С

O в

О

Л О

3 «(Ч

ООООО (ч лс|

«Ф,аО 0 со (ч м т л|о м (ч а|О» сЧ м (ч ГЧ к

Ф Ф

Х 3-(C

0 (! 0 С !

3 Ф 0 U т Ф х

1

I V

Z It( с9 X

I 0

1! ! X

3 *

3 Я CI

0 (Ч

М

О О

l X

О X

U С

Y 0 а

М (Ч 00 (ч ОЪ 3 «ОЪ

О (ч со |О со |О - т

«*

С 3 (Ч (Ч

О О

ВО л со

|О ОООООО

ОЪООООВО

М О (Ч Г N О -Ф

° О

ОЪ |О

I

1 «(Ч

I (Г

I Z 0

I О

I Z

1 (X

X I

I

Ф

Ф 1 т 1

О вв а|О

|О во

N(ЧС4 NNN

О IA 1A (.Г\ -т аасча-оаC N СЧ N СЧ N (Ч

Л

М

1 I I tk I а Ф s

I CI 0 X Х 1

I С l" 0 Ф Ф 1

vc3cаФ

СХсВ

3 X 3

I Z Y 1

Х I

I СX I

I О Ф l

3 0 О l I

1 С О 1

1

1

I

1 U

1

4t

I I

1 О

1 (3

1 Ф

I Х

3 !)

I Ii О

I Ф

1 О.

О О

МN сч сч

О О

О\ д

Ф

Ф

О

ОО О

О

01AM

ГЧ (Х h

Б

Ф

tQ

tt3D О с

ФО О

t33

О (Ч

О сч N

О

ОООО

I 3 I

Ф 0

1 М 1

I Ф X ((3 а ! О с X

З

I" ВО

Ct (Ч N

Ф (4 N

Р) с

Ф

ОООО

ОЪ lA ОЪ О\

N С 4 (Ч N

Л Л Л (IВ В

Гъ Л

8(Ч (Ч

О О

Ф OO с0 Л

О С3 т «т

|О |О

ОООООООО

1А 4 т Ф«т

|О |О |О О |О |О |О |О

1

1 ва 1

М М 1

1

I аlA I

О О 1

I

1

1

О О 1

- т «т 1

I

1

I

3

l 3

I

I

I вт 1

ЛГ » I

I

1

1

О О I

О О 1

4 1

1

1

3 1 Ф

I

3

3

I

I

1

1

I !

I

3

I

1

3

z

I О

I t33

3

Ф

1 333 ! I"

1 U

l 3 3

3

I (3 I

0| 1А

N (Ч (A т О М М с Ъ

° ««««««

ОООООООО 1

1

1 «С

I (О

1 1Q

3 О

3 О

М ММM мм

ОООО

1 ! 1

3 I Х

3 ХФ((I ФО

0 (М Х Х

О

I Ф

I S

I С(I

I |O

3 35

1 (I

I Л

Cl О

В 1А!

1 3

I Z

I 41

I Ó

D D

О О

1 I

I 2!

I c

I О

3

1

1 !

I

1

I

I

I

1

1

1

i

1

I

1

I

1

1

I

1

1

1

3

1

1 t(3 а

I 0

1 Ф

1 I1 U

1 Ф а

2I а

I3 Ф

1 Ф .а

1 Ф

1 C

1

I

I !

1

Со О M N О ОЪ О В (Ч СЧ

3 а.о О "0 |43 "0 ОЪ(4|О|О I ммсъммMМ -счмм 1

I

I

I

I

I

I

1

1 во о о о во о о

o — (ч а сч

3 1 1 l (I 1 I I 1

Г--C P 3-3.«(О(О Лл I

I

l

OOOOO ООО 1

1 ла(30 т «сч О а

» «(Ч |ОCO|О О|О|О 3 (Ч (Ч (Ч СЧ (Ч N N N N 1

1

1

COCOСONсЧMЛNМ I

3««СО ОЪCO OO О О СО 330 1

* ° 1 сч(чt oо «3

1

ООООООО I

МОО «О (ГГЪ (Ч СЧ M О СЧ N 3

М|О I

1

ВО 1

3 т I (Ч N 1

1

I

I

1

1

1

О О 1

I ам 1

cI О О О О О О сч D О I л 1

I

I

ООООООООООО 1

* «««1 ввОъвОъамвавв 1

С 4 (Ч N (Ч СЧ СЧ:Ч (4:Ч (Ч СЧ I

Л Л Л Л h Л Л Л 1

1

I

ОООООВВ(«татаа т(|О |О |О,О |О |О О

О а в в О О О (A O О IA O О О в О О в M сч сч N т о о м о в M сч

I 1 1 I 1 I I 1 1 1 I 1 t l 1 1 1

О Ъ CO Co CO СО CO СО (O CO Co CO СО СО ОЪ CO CO (О

О IA D в а О в о а о о О о о а

«

М ООЪ N(ЧCIО ° COLA(Ч 0

N(ЧСЧ N(ЧСЧ(ЧСЧA1 NNСЧN

D O O O O O O O O O O 3A

« °

3 MMMMMMMMMMN М 1 1

ОО\ООВООООООО lA с4 (ч м тт т Ф т43 т-т«с 1 (ч

I I l 1 1 1 I 1 1 I 1 1 1 I I

M М М М М MM М М MM М М М С Ъ

Г Г ЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛ

О О О Î Î D O О Ь О Î Î Î О О

О О CI О О О О О О О О О О О О м-! в|о tco Оъо (ч Mw а|О лсо оъ