Способ приготовления тампонажного раствора
Сущность изобретения: раствор содержит компоненты при их соотношении, мае ч : тампонажный портландцемент 100; бентонитовый глинопорошок 5-12; жидкое стекло (в пересчете на сухое) 0,4 -0,8: хлорид натрия 9,4-16,3; вода 51,8-63,2; Смешивают бентонит с жидким стеклом до получения пасты и выдерживают не менее 4 ч. Затем суспензию смешивают с раствором хлорида натрия, на полученной суспензии затворяют портландцемент. Камень имеет пониженную проницаемость и способен связывать фильтрующуюся воду. 2 табл.
СОЮЗ СОВЕ1СКИХ
СО!!ИАЛИСТИ !ЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (st)s Е 21 В 33/138
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4814843/03 (22) 17,04,90 (46) 23,08,92, Бюл, N 31 (71) Московский институт нефти и газа им, И, М. Губкина (72) В.М.Подгорнов (SU), Ахмад Мохаммед
Морхедж (SY) и И,А.Ведищев (SU) (56) Булатов А,И. Тампонажные материалы и технология крепления скважин. — M.: Недра, 1982, с.190 — 193.
Данюшевский В.С., Алиев P.М., Толстых
И.Ф. Справочное руководство по тампонажным материалам, — M. Недра, 1987, с.201.
Ржаницын Б.А. Химическое закрепление грунтов в строительстве. — M.: Стройиздат, 1986, с,87, Изобретение относится к бурению нефтяных, газовых и разведочных скважин и используется при цементировании обсадных колонн.
При цементировании обсадных колонн нефтяных, газовых и разведочных скважин известны. способы применения цементнобентонитовых (гельцементных) тампонажных растворов. Введение глинопорошка в тампонажный раствор осуществляют либо смешением цемента и глинопорошка в сухом виде с последующим затворением сухой смеси водой, либо путем затворения цемента заранее приготовленным глинистым раствором, либо смешиванием глинистого и цементного растворов. Глинистый компонейт позволяет повысить водосодержание тампонажного раствора при затворении с целью получения раствора пониженной плотности, Известные в нефтегазопромысловой практике добавки к тампонажным цементам хлоридов натрия, «. БО,, 1756537 А1 (54) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА (57) Сущность изобретения: раствор содержит компоненты при их соотношении, мас,ч,: тампонажный портландцемент 100; бентонитовый глинопорошок 5 — 12; жидкое стекло (в пересчете на сухое) 0,4-0,8: хлорид натрия 9,4-16,3; вода 51,8 — 63,2; Смешивают бентонит с жидким стеклом до получения пасты и выдерживают не менее 4 ч. Затем суспензию смешивают с раствором хлорида натрия, на полученной суспензии затворяют портландцемент, Камень имеет пониженную проницаемость и способен связывать фильтрующуюся воду, 2 табл. (Л кальция или жидкого стекла служат для ускорения процессов схватывания и твердения тампонажных растворов.
Наиболее близким по технической сути к предлагаемому является способ получеЪ ния тампонажного раствора пониженной плотности путем затворения цемента глинистым раствором, согласно которому с целью ускорения процессов схватывания и тверде- О ния могут быть растворены жидкое стекло или хлорид натрия. B зависимоСти от свойств цемента и глинопорошка растворы с могут несколько отличаться один от другого.
Во всех случаях с увеличением содержания глинопорошка повышается проницаемость и и уменьшается прочность камня, удлиняются сроки схватывания раствора. При 22 С через двое суток твердения прочность об- разцов цементно-бентонитовых смесей при сжатии составляет 1,0 — 0,3 МПа при добавках на 100 мас.ч. цемента 25 — 67 мас,ч, бентонита. Через 28 сут твердения образцы тех 1756537 же композиций имеют пределы прочности при сжатии соответственно 9,0 и 3,5 Mfla, Однако известный способ имеет следующие недостатки, Тампонажные цементнобентонитовые pBcTBopbl, прйготовленные путем эатворения вяжущего на глинистом растворе, содержат глинистый компонент в
: гидратированном состоянии, в результате чего формируется тампонажный камень с повышенной проницаемостью и невысокой . прочностью, Высокое водосодержание цемейтно-бентонитовых растворов приводит к увеличению зоны проникновения фильтрата, что затрудняет освоение скважин и в конечном итоге снижает производительность скважин, Целью изобретения является повышение водосвяэывающей способности твердеющего камня при одноьременном снижении его проницаемости.
Поставленная цель достигается тем, что глинопорошок предварительно выдерживают в водном растворе натриевого жидкого стекла с последующим разбавленйем в процессе перемешиванил. полученной пасты водным раствором хлорида натрия, после чего образовавшейся суспензией затворяют цемент.
Предлагаемый способ состоит из следующих операций. Бентонитовый глинопорошок не менее 4 ч вйдерживают в 4-6%-ном водном растворе жидкого стекла. Этот минимально необходимый срок для образования на поверхности глинистых частиц защитных пленок жидкого стекла, затрудняющих гидратацию глины, определен по динамике процесса набухания. Затем полученную глинистую пасту разбавляют насыщенным водным раствором хло рида натрия. Паста при этом превращается в легкопрокачиваемую глинистую суспензию, частицы глины в ней сохр-аняю тся в негидратироаанном экранированном состоянии. В результате разбавления насыщенного раствора хлорида натрия водой, содержащейся в глинистой пасте, концентрация хлорида натрия в глинистой суспензии сийжается примерно до 15% (от воды), что обеспечивает сохранность защйтных пленок в течение времени, необходимого для эатворения и транспортирования тампонажного раствора в затрубное пространство скважины, На полученной глинистой суспензйи затворяют тампбнажный цемент, В процессе твердения при гидратации цемента в жидкой фазе появляется гидроксид кальция, который в результате обменной реакции с хлоридом натрия в жидкой фазе тампонажного состава переходит в хлорид кальция, Последний разрушает экранирую20
30
40 щих устройств гидравлического или механического типа разбавляют насыщенным водным раствором хлорида натрия путем интенсивного перемешивания в течение 1 ч.
45 На полученной глинистой суспензии затво ряют цемент. В лабораторных исследованиях исйользованы . саригюхский глинопорошок — обычный бентонит монтмориллонитового типа и портландцемент По50 конусу АзНИИ не менее 18 см. Измерение
55 растекаемости с помощью конуса АзНИИ, 5
10 щую пленку из силиката натрия. В результате активизируется гидратация глинистой фазы, которая сопровождается ее набуханием в пределах формирующейсл структуры парового пространства тампонажного камня и снижением его проницаемости. Повышаетсл водосвязывающая способность или водопотребность твердеющего камня, компенсируемая собственной и привнесенной водной фазой пласта-коллектора.
В процессе твердения тампонажного раствора в системе пласт — коллектор — тампонажный камень целенаправленно соэдаетсл существенный эффект отсоса пластового флюида, в первую очередь фильтрата, иэ призабойной зоны пласта в сторону скважины, Формирующийся тампонажйыИ камень характеризуется низкой проницаемостью. Результаты исследования механизмов указанных процессов позволяют регулировать их скорости с целью достижения максимального эффекта отсоса. Фильтрация жидкости иэ призабойной эоны пласта в сторону скважины за счет повышенной водосвязывающей способности специально приготовленной тампонажной композиции приводит к снйжению степени обводненности призабойной зоны продуктивного пласта, что должно повлечь за собой снижение депрессии и срока освоения, а в итоге — повышение производительности скважин, Пример, Из саригюхского глинопорошка и водного раствора жидкого стекла заготавливают глинистую пасту. По результатам изучения. процесса набухания срок выдержки глинопорошка в 6%-ном водном растворе натриевого жидкого стекла должен составлять не менее 4 ч (табл.2), Затем глинистую пасту с помощью перемешиваюдальского цементного завода. Отношение жидкости затворения и твердой фазы подбирают из условия приготовления тампонажного раствора с растекаемостью по плотности ареометром АГ-2, предела прочности при сжатии и гаэопроницаемости проводилось по стандартным методикам, Измерение коэффициента К, характеризу- . ющего водосвязывающую способность
1756537 твердеющего раствора и камня и представляющего собой отношение объема водной фазы, поступившей из проницаемой породы, к объему тампонажного раствора, контактирующего с породой, проводилось по 5 методике, разработанной в МИНГ им.
И,М.Губкина, В табл,1 приведены примеры влияния способов приготовления и состава тампонажного раствора на его физико-механиче- 10 ские свойства. В колонках 2-6 содержатся конкретные сведения о составе тампонажного раствора в мас,ч. или в от массы цемента. Введение в тампонажный раствор глинопорошка, предварительно обработан- 15 ного жидким стеклом, дает отрицательный эффект (табл. 1, образец 1): образуется высокопроницаемый и м лопрочный цементный камень, При добавлении к тампонажному цементу хлорида натрйя и 20 глинопорошка, не обработанного жидким стеклом, наблюдается некоторое снижение водосвязывающей способности (коэффициейт К) при достаточно высокой проницаемости цементного камня, несмотря на весьма 25 низкое. значение водотвердого отношения
В/Т = 0,40 (табл.1, образец 2), Предлагаемый способ приготовления тампонажного раствора позволяет получить цементный камень, характеризующийся 30 максимальными значениями показателя К in самыми низкими значениями проницаемости (табл,1, образцы 3, 4, 16 — 18). Приготовление глинистой пасты на пресной воде.не позволяет получить оптимального комплек- 35 са показателей — высокого значения К и низкой проницаемости (табл.1, образцы 11, 12 и 1).
Данные табл.1 позволяют оптимизйровать для данного способа состав тампонаж- 40 ного раствора: на 100 - мас.ч. портландцемента 5-12 мас.ч. бентонитового глинопорошка монтмориллонитового типа, 0,4-0,8 мас.ч. натриевого жидкого стекла (в пересчете на сухое), 9,4-16,3 мас.ч. хлоридэ натрия, водотвердое отношение 0,430,52 при растекаемости 18 — 23 см.
Наиболее эффективно применение предлагаемого способа при цементировании обсадных колонн при вскрытии малопористых и слабопроницаемых продуктивных
flilRCT0B.
Использование предлагаемого способа приготовления тампонажного раствора обеспечивает по сравнений с существую-., щими способами сокращение сроков освоения скважин за счет уменьшения зоны проникновения фильтратов бурового и тампонажного растворов в продуктивном кол- лекторе; а в итоге - . повышение производительности скважин.
Формула изобретения
Способ приготовления тампонажного раствора, включающий. затворение .тампонажного портландцемента суспензией, содержащей бентонитовый глинопорошок, воду, жидкое стекло и хлорид натрия, о тл и ч а ю щ и йс я тем; что. с целью повыше- ния водосвязывающей способности твердеющего камня йр"и "" одновременном снижении его проницаемости, предварительно смешивают бентонитовый глинопо рошок с жидким стеклом до получения пасты и выдерживают не менее 4 ч, затем готовят суспензию Смешением пасты с pac аоро хлорида натрия при"следующем соотношении компонейтов, мас.ч,:
Тампонажный портландцемент, 100
Бентонитовый глинопорошок . 5 — 12
Жидкое стекло (в пере- . счете на сухое) 0,4-0,8
Хлорид натрия 9,4 — 16,3
Вода 51,8 — 63,2
1756537 таблица 1
Состав тампонажного раствора, мас.ч.
Водотвердое отношение. ВIТ
Плотность, кг/гл растека емость, см
Физико-меканические характеристики тампанажного камня через 7 сут твердения при
20"C
Образец
Вода
Глинопорошок
Чемент
Жидкое стекло (Хлорид натрия
Предел прочности при сжатии, Мпа
К,g
Газопроницаемтость.
10 мктл
П р и м е ч а н и е . — отношение объема водной фазы, поступившей из праницаемой породы, к объему тампонажного раствора, контактирующего с породой. таблица 2
Относительное увеличение объема caywexc oro ãëèíîïàðîøêÿ
КЬнцентрация,! та!5!Оз 4
ВОДНОМ растворе. мас. $ ао в емени(час — мин
24-0 48-0
0-20
0-30
О-тО
0-45
0-60
4-0
2-0
6-0
72-0
5!.9
73.5
65,0
72.0 9 1,9
6!.О
60.S
62.3
О
0.38 т,т5
2,ЭО
3,40
4,50 б. 00
7 50
60.6
87,!
80,0
82,0
95.5
64.5
64,3
64 2
30.3
54.9
45. О
58.0
87,г
58.0
58,3
59,0
8т,о !
00.0
9т,О
99.0
98,7
G8,0
67,!
66,3
97.4 ! 10,3
100.0 ! 05.0 ! 02.9
70,0
G8.8
67.8! 33,6 ! 27,0 ! 20.0 !
20.! ! 07.2
73.0
72,1
70.0! 56.5 ! 43.0 ! 25.2 !
2!.3 ! t0.5
74.0
73.5
72.5!
75,2 !
52,4 ! 28,7
122,3 т20
76,0
74,9
73.8
203. ! 65.Э !
35.6 !
25.9 ! 15,0
78.0
76,7
74.5
238.4 !
80,3 т40,7 !
Э0,8 ! т7.5
79.0
77.0
75.2
254.5 ! 85.6 ! 47.8
133.Э ! !9.6
80.0
77.3
75,2
274,2 !
9!,з т50,7 т35,6 т22,8
80.0
77.3т
Составитель Л. Бестужева
Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор О, Юрковецкая
Редактор О. Хриптэ
Заказ 3071 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Произнодг;геенно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101
2
5
7.
9
11
12
13 .
14
16
17
18
t00
100
5,25
5,25
5.25
11,11
11,11
17,7
1 7,7
17,7
17.7
25.0
11,t1 .11,11
17,7 . 4,0
5,0
12,0
5,0
12.0
14.0
0,36
0,36
0.76
1,18
1,18
1,71
1,18
1,16
1,71
1,18
0.4
0,4
0,4
0.8
0.8
0,8
13,6
16,3
9,Э
9,3
3.8
3,8
8,8
13,5
24
19.4
16.2
16,2
94
16.2
9,4
9.4
78,7
47,9
51,8
63,2
63,2
90,3
90,3
86
114
102,8
109,0
77,3
135,5
51,8
51,8
63.2
51,8
63.2
63,2
0,75
0.40
0,43
0,52
0.52
0,74 0,74
0.68
0,86
0.68
0,98
0,60
t,1D
0,43
0,43
0.52
0,43
0.52
0.52
178Э
1656
1523
1782
1780 .
1780
18
23
19
17
19
16
23
18
19
17
2Э
23
23
19
2,2
1Z,9
5,3
13.4
10.4
1.6
2.8
10,4
3,0
1,2
3,4
5;0
2.9
6,5
5,7
11,Э
7,8
10,5
9,5 9,08
1,90
0,75
0.31
0,13
1,94
2,90
2,40
2,66
1,45
11,90
1,20
6,26
0,58
0,66
0.36
0,41
0,37
0 42
16,5
14,4
19,6
15,6
l0,0
17,6
10,6
12,9
11,1
15,7
1 1.6
14,5
9,90
14,3
19.4
16,1
15,8
16,3
13 7
