Тампонажный раствор для цементирования нефтяных и газовых скважин

 

Тампонажный раствор для цементирования нефтяных и газовых скважин содержит , мас.%: тампонажный цемент 27,78-29,17; зола 26,39-27,78; глинопорошок 0,67-0,89; сырые легкие пиридиновые основания 0,13-0,22; вода остальное. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ Е СКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 В 33/138

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

i@i

iQl 43 ( .0 (21) 4854418/03 (22) 25.07.90 (46) 30,09.92. Бюл. N- 36 (71) Волго-Уральский научно-исследовательский и проектный институт по добыче и переработке сероводородсодержащих газов (72) П.Ф,Цыцымушкин, С.Р,Хайруллин, А,П.Тарнавский, З,Н.Кудряшова, B,М.Мустафаев и Б.В,Михайлов (56) Шадрин Л.Н. Технология и организация крепления скважин,- М,: Недра, 1975, с.100—

101, Каримов Н,Х. и др. Тампонажные смеси для скважин с аномальными пластовыми давлениями.- M,: Недра, 1977, с.77.

Изобретение относится к тампонажным растворам для цементирования нефтяных и газовых скважин с аномально низким пластовым давлением (АНДП) и при наличии в добываемой продукции агрессивных кислых компонентов (сероводорода, углекислоты и др.) в условиях умеренных температур.

Известны тампонажные растворы пониженной плотности на основе портлэндцемента и облегчающих добавок, например глинопорошка.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к и редлагаемому я вля ется облегчен н ы и тампонажный раствор, содержащий портландцемент, золу и воду.

Недостатком известного тампонажного раствора является недостаточная коррозионная стойкость формируемого цементного камня, что не обеспечивает надежность и долговечность крепи скважин в условиях агрессивных сред и умеренных температур.. Ж„„1765366 А1 (54) ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН (57) Тампонажный раствор для цементирования нефтяных и газовых скважин содержит, мас.7;: тампонажный цемент

27,78-29,17; зола 26,39-27,78; глинопорошок 0,67-0,89; сырые легкие пиридиновые основания 0,13 — 0,22; вода остальное.

1 табл.

Цель изобретения — повышение коррозионной стойкости формируемого цементного камня при одновременном сохранении его прочности.

Поставленная цель достигается тем, что тампонажный раствор, включающий тампонажный цемент, золу и воду, дополнительно содержит сырые легкие пиридиновые основания (ЛПО) и глинопорошок при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Тампонажный цемент 27,78-29,17

Зола 26,39 — 27,78

Глинопорошок 0,67 — 0,89

Сырые легкие пиридиновые основания 0,13 — 0,22

Вода Остальное

Новым в тампонажном растворе является то, что он дополнительно содержит сырые легкие пиридиновые основания и глинопорошок, а также количественное соотношение компонентов, 1765366

m =V.ó.à, 20

419,48 г цемента; рошка;

50 на сите N 0 08 — 15%.

Применяемые в тампонажном растворе сырые легкие пиридиновые основания (ЛПО) по ТУ 14 — 7 — 50 — 82 представляют собой жидкость от светло-желтого до темнокоричневого цвета с резким специфическим запахом, смесь пиридина и его гомологов, смешивается с водой в любых соотношениях.

Глинопорошок по ТУ 39 — 043-74 применяется для приготовления глинистых буровых растворов.

Установлено, что введение в тампонажный раствор ЛПО и глинопорошка в заявленных пределах при твердении раствора способствует образованию цементного камня с повышенной коррозионной стойкостью при сохранении высокой прочности, Коррозионная стойкость камня достигает

0,60 — 0,65 и объясняется тем, что аминогруппы, входящие в состав Л ПО, адсорбируясь и взаимодействуя с новообразованиями в процессе твердения, имеющими пониженную основность, обусловленную присутствием в составе раствора гидратированного глинопорошка, позволяют получить более стойкий к агрессивной сероводородной среде цементный камень.

Тампонажный раствор готовят следующим образом.

Предварительно в воду вводят расчетное количество глинопорошка, ЛПО и перемешивают до получения глинистого раствора, затем добавляют расчетное количество золы, перемешивают 2,0 — 2,5 ч до получения однородной устойчивой зологлинистой суспензии.

Технология цементирования обсадных колонн тампонажным раствором не отличается от общепринятой и не требует применения специального оборудования.

При проведении лабораторных исследований были использованы тампонажные портландцементы марки ПЦТ Д 20 — 100, выпускаемые Новотроицким и Кувасайским цементными заводами; зола Новотроицкой

ТЭЦ, имеющая следующие физико-химические свойства:

Ъ химический состав, мас.%: Si02 40,6043,14; А!гОз 0,80-0,84; РегОз 3,93 — 4,63; MgO

2,6 — 4,60; МпО 0,05-0,32; СаО 4,00-5,00;

NazO 0,25 — 0,77; KzO 0,10-0,20; Т!Ог 0,80—

0,84; Pz05 0,09 — 0,10; п.п.п. 19,00 — 20,00; средняя плотность ".,01 — 2,06 г/см; удель з, ная поверхность 3500 — 3800 см /г; остаток

Для исследования были приготовлены тампонажные растворы с различным содержанием компонентов, определены их граничные и средние значения.

Пример, Для приготовления 1 л предлагаемого тампонажного раствора при соотношении компонентов, мас.%;

Тампонажный цемент 27,78

Зола 27,78

Глинопорошок 0,89

ЛПО 0,22

Вода 43,33 необходимое количество компонентов определяли по формуле где m — масса компонента в 1 л тампонажного раствора, г;

V — объем тампонажного раствора, л; — плотность тампонажного раствора, г/см; а — массовое содержание компонента, %

1000 1,51 27,78

100

1000 1 51 27 78 аз = = 13,44 г глинопо1000 1 51 0 89

10001,510,22 332 ЛПО

m4

1000 1,51 43,33

Жидкость затворения готовили в следующей последовательности: в 654,28 r воды вводили 13,44 г глинопорошка и перемешивали в лабораторной мешалке до получения глинистого раствора; в полученный глинистый раствор добавили 419,48 r золы и тщательно перемешивали до получения однородной суспензии.

Тампонажный цемент затворяется на. приготовленной водной суспензии глинопорошка, золы и ЛПО.

Последовательность приготовления предлагаемых составов, указанных в таблице, аналогична описанной и отличается лишь количеством компонентов, Физические и механические свойства тампонажного раствора и цементного камня определяли согласно ГОСТ 1581 — 84 и

ГО СТ 26798.0-85-ГОСТ 26798.2 — 85.

Коррозионную стойкость цементного камня определяли как отношение прочности на сжатие балочек-близнецов, хранившихся 2 и 108 сут в нормальных условиях во влажной среде при 22 3 С и 0,1.МПа и в агрессивной среде (в газопроводе) при

22 3 С, 3,5 МПа, содержащей в газе сероводорода s количестве 4,5 об.% и углекислоты в количестве 1 об.%. Стабильность

1765366

0,13 — 0,22

Остальное

55 тампонажного раствора определяли как разницу плотностей тампонажного раствора, замеренного после приготовления и через 2 ч нахождения в покое.

Отстой тампонажного раствора опреде- 5 ляли через 2 ч нахождения в покое (ГОСТ

26798.1 — 85, пункт 3). Результаты исследований, описанных в примере, представлены в таблице, Результаты аналогичных испытаний известного, предлагаемого и контроль- 10 ного растворов также представлены в таблице.

Из таблицы видно, что известный тампонажный раствор (опыты 1 — 4(при твердении формирует камень, имеющий 15 коррозионную стойкость, равную 0,35 — 0,36, у предлагаемого тампонажного раствора камень имеет коррозионную стойкость

0,60 — 0,65. При этом прочность камня остается примерно равной прочности камня по 20 прототипу, а стабильность и водоотстой тампонажного раствора — нулевыми, При содержании ЛПО менее 0,13 мас.% и средних значениях содержания других компонентов (опыт 22) коррозионная стой- 25 кость низка (на уровне коррозионной стойкости известного решения), более

0,22 мас.% (опыт 23) не наблюдается дальнейшего улучшения коррозионной стойкости. 30

При содержании тампонажного цемента более 29,17 мас,% (опыт 16) происходит снижение растекаемости раствора до 17 см по конусу АзНИИ, что делает его непригодным для цементирования обсадных колонн. 35

При содержании тампонажного цемента менее 27,78 мас.% (опыт 17) ухудшается прочность камня на изгиб до 1,9 MRa, что ниже значения прочности камня известного раствора. 40

Оптимальное содержание золы определено в пределах 26,39 — 27,78 мас.%, при ее содержании в предлагаемом растворе более 27,78 мас,% ухудшается прочность камня (опыт 18).

Оптимальное содержание глинопорошка находится в пределах 0.67 — 0,89 мас.% при содержании его более 0,89 мас,% (опыт

19) тампонажный раствор становится не пригодным для прокачивания ввиду малой растекаемости, а при его содержании менее

0,67 мас,% (опыт 20) стабильность и водоотстой ухудшаются, что не обеспечивает получение однородного и стабильного раствора и может быть причиной некачественного цементирования.

Тампонажный раствор (опыт 21), не содержащий ЛПО, имеет недостаточную коррозионную стойкость формируемого цементного камня, Тампонажный раствор (опыт 24), не содержащий глинопорошка, имеет также недостаточную коррозионную стойкость камня и низкую стабильность (0,05 г/cM ), отстой 1%.

Таким образом, тампонажный раствор позволяет получить облегченный цементный камень с повышенной коррозионной стойкостью и достаточной механической прочностью.

Формула изобретения

Тампонажный раствор для цементирования нефтяных и газовых скважин, содержащий тампонажный цемент, золу и воду, отличающийся тем, что, с целью повышения коррозионной стойкости цементного камня при одновременном сохранении его прочности, он дополнительно содержит сырые легкие пиридиновые основания и глинопорошок при следующем соотношении ингредиентов, мас,%:

Тампонажный цемент 27,78 — 29,17

Зола 26,39 — 27,78

Глинопорошок 0,67 — 0,89

Сырые легкие пиридиновые основания

Вода

1765366 о о

OOO о о о о NCO

Ото т» т»

Л IC

I» X

v x о е а ы

0 с а

O f(t

Ф

a z

Э Ф сс

1- a(O

zoo

z lР

1 1» х и

Ф О (cf сс Y Y а о

O i I»

YOè

I СС 1

Э X 1 х х

Э I (L fX 1

x a

Э 1

fIl Ф 1

Y I- 1

1 о 1I- т иое! с с

У 1 о С> а Э с а

1 с

z a (О Ic> v

>- о (Р X

ИИОО мммм

* т оооо

1 1

Щ I

В t

z z

a z.I

С (- 1

»

I 1

CO 1

X >

Э 1

x lo а z

СИ(оооо

Л ОСО то то Ч> "0 оооо (члми

° в

NNNСЧ ь с оооо

1

1 О. ! и

1 1v

1 Ф а

>z

I Б ! 1о

1 Э

1 ID

1 (fl

1 сС

I тО (Ч т с оьоо

I ЬО ОООО и

fft а

oocno т0 a0 an an

) т0 CAN N СЧ и-Р LA an Ln LA

3 с ° в с

° » т»

Иь О И

OO СО ФСО

ОООО

4 4 СЧф т с т 01» ммо w

1 1 I 1

1 8 C IRm o

I I 1 1 оооо

Мс> Р.

oocne

М М(Ч (Ч оооо

О М-Р.

o o oL oa м сп (ч (ч

N o мммм ммм

-Р >0 -3 -С .Р -Р а о л со со со со ф oo oo

СЧ сч (Ч N N СЧ N (Ч (Ч

>х

О (ч м-сс

Iv а

X х

3Е х о

E

f(t

I1» и

>х (fl о и . х

Y о

Э х

z х х

Э

1 о

X в

>х

X

Ф о

Cf

z з

1Ф

>л с >

I

1

1

I

I

1

I

1 !

1

I

1 !

1

1

1

1

I

1

1

1 !

I

1

I

I

1

1

I

1

I

1

1

1

>z о

I» им

Iь т

Р f» (3 -.

fg a

Y Р

Э I

1 1

1 I

1 I

1 fO 1

1 1 ! Д

1 I

1 1

1 I

1 I т!а 1 (0 1

V I 5 у (1 I х l

Ф 1 1 I

Ф> О8 о! со

V 1 1- С I

1 I т

2(1 1

X I Ф I с 1

Х(О 1 е со l

1 о

1 X I

О> Е (Y I 1

cL> I

1:Т 1

ИО М СЧ С 1 (Ч О М О О 43 ° О Ф О О О >О И И

00 0 О О 00 ОО О О(ООИ О ОММОИ в а в с с В a a в а a a в с в а а в в с ьо оооооооооооооооьоо

O OO D O O O O O O O O O «ИО О О О О

О >N O (Ч О И И СС -Ф Ъо СЧ Ch >- О М Л О Л а в» »с» »с а с

Л Л Л Л Л Л Л Л Л Г Л Л ъО И И \О тО тО Л >О

O о!О Q Q O Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q О Ln

Л LA >0 И >0 LA LA Л Л (0 М Л О> ОЪ О> т» LA >О Л И в с a a c» »a»»» a a a a с с в

N N N N N (Ч N N N Стт N N ° т» > (Ч N СЧ N N (Ч LA

О Q о ь î î î о о о о о о о о о о о о о ь о

CO O оооооьооьооосэМ с (ЧСЧ>LAO>»>С:> > (Ч

LA u LA и и LA Ln и и и и и и и т в ° ° с а в а в с в в

fo

fg с е ооооооооооооооьооооо

a-a a a a» »a c a a» »a в с a a с в с

C ф т- О> О О Cn OO Ь С> О О Л > От Л СЧ т- (Ч

N т» СЧ N т» N т» СЧ (Ч >» (Ч т» N N (Ч N N и М О О \ М Ф М LA С т 00 М От Сс Л т- Л М И (Ч а о ф сч ф ->т о w u cn LA w an (ч л (о -з. м в ° с a a с» »с °

И N З W (Ч С > С > М М М СЧ (. СЧ С > С 1 М М С С.

С -Ф Ф Р .(С -1 . (4Й .(Р Ф - С Р -4 -С

NМЛЛЛЛЛЛСЧМСЧЛЛ! ЛЛ СОаОЛ сч --сч(ч- о(ч а» с а в с а в а в в в в в

ООООООООЬООООООО I OOO

CA Ic CO OO .) СО Оа Л CO CO (7l CO CO CO Ln CO CO CO

OO т0 Cc nc Л Л CO то (Л Со Л Л Л И Л Л Л с а оооооооооооооо оооо

СО Са> СО СО Oa CO ф CO Ö СО CO СО СО И СО СО СО СО СО СО л с> о о м w о о î о л л о о о о о о о о ("ОЛЛ>ОЛ! ЛЛЛ(ЛЛOOЛ(ЛЛЛЛ сч (Ч N N N СЧ СЧ (Ч N СЧ (Ч N N (Ч (Ч СЧ N N СЧ СЧ л оо л со м m м м м м со

Л Л- .Р -С.-.>--З.-а Л с л л л л со со ф ф со со л

СЧ СЧ СЧ N (Ч СЧ N СЧ N (Ч

Ln>0 fc CO О> О (Ч Мт Ит0 Лф От О (Ч М.Р т т» СЧ(ЧСЧ(ч(ч

I

I

1

1

1

1

1

1

1

1

I

1

1

1

I

1

I

I

1

1

1

1

1

I

I

1

I

1 !

I

1

1

I

1 !

I

1

l

1

1

1

1

I

1

I

I

1

1

I

l

1 !

I

1

3 с

fO

I» о

О т ((t

Ф

Й с> о

I о

Y т

X о

CL (о

Ф о т ь

С>

Фь с (ч

X:М

° 1

«,:У ос

X X

X Ф

X Ф э о с fo

Ф Al

Ф с ао с

z v

CJ

И

Icc LO

zw

O.L× Ф

° т С( й3

v fo

zo Ф с сч

Z ccO

>хор а. о- о

Ф a Y ол о а >z

C Ф о v

CC ° ftt

X aOl

X(A>, Фт-Ы

Ф а о (ч о

Р-О

5=oo и (ч

xoo cX в

Э ncl3 хис а ох!

l Ф

e I- X ал Ф