Тампонажный раствор

 

Сущность изобретения: раствор содержит компоненты, мае.с,: тампонажный цемент 100; саморассыпающийся алюминиевый шлак-отход производства высоколегированного алюминия 1-6; акриловый полимер или эфир целлюлозы 0,5-3,0; вода 45-65. Отход содержит свободный алюминий, при взаимодействии которого с гидроксидом кальция выделяется водород. Сухую смесь цемента и отхода затворяют на водном растворе добавки. Раствор обладает повышенной седиментационной и суффозионной устойчивостью. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s Е 21 В 33/138

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4844509/03 (22) 27.05.90 (46) 23.01.93, Бюл. N. 3 (71) Камский научно-исследовател ьский институт комплексных исследований глубоких и сверхглубоких скважин (72) Я.М.Курбанов, С.Э.Никишин и Н.Я.Калунина (56) Патент США N. 4524828, кл. Е 21 В 33/138, опублик. 1985.

Данюшевский В.С. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам, М „

Недра, 1987, с. 185.

Изобретение относится к глубокому бурению, в частности к тампонажным растворам, предназначенным для цементирования обсадных колонн нефтегазовых, геотермальных и специальных скважин в условиях нефтегазоводопроявлений и высоких температур.

Известны тампонажные цементные растворы для крепления скважин, приготовленные путем введения втампонажный раствор гидролизованного полиакрилонитрила (ГИПАН). Указанные тампонажные растворы обладают несколько повышенной по сравнению с бездобавочными тампонирующей способностью, обусловленной повышением вязкости жидкости затворения и уменьшением количества несвязанной воды.

Недостатком этих там понажных растворов является интенсивное падение порового давления и повышение проницаемости в начальный период структурообразования, а коэффициент тампонирующей способности не превышает 1,40, Известны также тиксотропные цементные растворы, содержащие цемент, воду, ÄÄ5UÄÄ 1789665 А1 (54) ТАМПОНАЖН ЫЙ РАСТВОР (57) Сущность изобретения: раствор содержит компоненты, мас.c,: тампонажный цемент 100; саморассыпающийся алюминиевый шлак-отход производства высоколегированного алюминия 1 — 6; акриловый полимер или эфир целлюлозы 0,5 — 3,0; вода 45 — 65. Отход содержит свободный алюминий, при взаимодействии которого с гидроксидом кальция выделяется водород, Сухую смесь цемента и отхода затворяют на водном растворе добавки. Раствор обладает повышенной седиментационной и суффозионной устойчивостью. 2 табл. титановое комплексообразующее соединение и водорастворимую смолу с поперечными связями (2), Указанные тампонажные составы обладают повышенными изоляционными характеристиками (тампонирующей способностью) по сравнению с известным тампонажным раствором (1). Однако зти тампонажные составы также подвержены снижению порового давления в процессе твердения, а требуемое значение статического напряжения сдвига (240 Па), при котором не начинается миграция пластового флюида в тампонажный раствор, достигается по истечении значительного времени после окончания продавки цементного раствора в заколонное пространство, а вероятность нарушения скелета тампонажного раствора высоконапорным пластовым флюидом, как известно, более высока в начальный период твердения тампонажной суспензии, Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности и достигаемому результату является

1789665 тампонажный раствор (3), включающий, мас.ч:

Тампонажный цемент 64,6

Вода 32,3

Жидкое стекло 1,55

Хлористый натрий 1,29

Алюминиевый порошок 0,13

Да4 ый тампонажный состав способен к расширению за счет выделения водорода.

Недостатком его.является то, что процесс газовыделения сопровождается резкой потерей подвижности, что не дает возможности его использовать для крепления скважин в условиях повышенных и высоких температур.

Цель изобретения — сохранение первоначального порового давления в период структурообразования тампонажного раствора во время ОЗЦ вусловиях повышенных и высоких температур, а также повышение его тампонирующей способности.

Поставленная цель достигается тем, что тампонажный раствор содержит CPALU, образующийся при выплавке высоколегированного алюминия, а в качестве добавки — гелеобразующие полимер акриловый или эфир целлюлозы при следующем соотношении компонентов, мас.ч,;

Тампонажный цемент 100

Саморассы пающийся алюминиевый шлак (СРАШ) 1 — 6

Полимер акриловый или эфир целлюлозы 0,5 — 3

Вода 45-65

В качестве тампонажного материала используются тампонажный портландцемент, шлаковый цемент, а также различные тампонажные смеси на основе этих цементов, В качестве алюминийсодержащего компонента используется саморассыпающийся алюминиевый шлак (CPALU), образующийся при выплавке высоколегированного алюминия марки АК21МЗН при 680 — 900 С, В процессе охлаждения расплава на воздухе образуется шлак темно-серого цвета достаточно высокой дисперсности, При нарушении технологии плавления алюминия в шлаке образуется комовый металлический алюминий, который легко поддается дроблению и измельчению до необходимых размеров, Средний химический состав СРАШ следующий, мас.ч.:

А120з 50,03 А!мет 26,5

СаО 3,73 К О 7,15

SION 16 05 MgO 9 21

Мп 0,109 NazO 5,94

ППП 9,24 P20g 0,135

Плотность СРАШ колеблется в пределах 2380 †25 кг/м .

Полимерная часть предлагаемого технического решения представлена акриловыми полимерами либо полимерами на основе эфиров целлюлозы. Совместное использование указанных компонентов в пределах, указанных в формуле изобретения, способствует достижению целей изобретения, При этом предполагается следующий механизм воздействия предложенных добавок.

Длительное поддержание порового давления и повышение тампонирующей способности цементной сус пензии в заколонном пространстве в период ОЗЦ достигается за счет газообразного компонента, образующегося при взаимодействии гидроксида кальция в алюминиевой частью

СРАШ, суммарная реакция которого может быть представлена в следующем виде;

2AI + 3Са(ОН)2+ 6Н20

Caz(AI(OH)r)z + ЗНг t

Образующиеся в поровом пространстве тампонажного раствора гидроксоалюминаты (Cag(AI(OH)6)2) я вля ются труднорастворимыми гелями, устойчивыми в щелочной среде, За счет кольматации порового пространства вязкоупругим гелем гидроксоалюмината кальция снижаются фильтрационные характеристики тампонажной суспензии, тем самым достигается повышение коэффициента тампонирующей способности.

Кроме того, значительное повышение тампонирующей способности происходит за счет обьемного расширения структуры тампонажного теста в результате гидратации оксида магния, содержащегося в СРАШ.

Особенно заметно этот эффект проявляется при высоких температурах. Роль полимерной добавки заключается в придании вязкоупругих тиксотропных свойств тампонажной суспензии с целью самозалечивания каналов, образующихся при выделении газообразного агента. Помимо этого полимерные добавки регулируют скорость загустевания и схватывания тампонажных суспензий, т.е. регулируют время начала реакции CPALLI с компонентами гидратации цемента.

Приведенные выше сведения свидетельствуют о том, что предложенное техническое решение удовлетворяет критериям

"новизна" и "существенное отличие", Кроме того, разработанный тампонажный раствор создает положительный эффект по отношению к известным техническим решениям, что подтверждается результатами сравнительных испытаний, которые представлены в табл. 1 и 2, 1789665

0,5 — 3,0

45 — 65

4i0

Приготовление тампонажного раствора осуществляется следующим образом, Пример.

Требуется приготовить тампонажный раствор из ШПЦС вЂ” 200для цементирования скважины с температурой 180 С и Ка — 1,6, Время загустевания тампонажного раствора не менее 3 ч, Для этого смешивают

100 мас.ч, ШПЦС вЂ” 200 с 5 мас.ч. CPALLI до получения однородной смеси. Полученную смесь затворяют на жидкости, в которой предварительно растворен 5 мас.ч, КМОЭЦ при В/В = 0,45, Аналогичным образом готовятся тампонажные составы с другими цементными материалами и добавками для различных условий цементирования, Пределы содержания СРАШ и полимерной добавки выбраны из следующих соображений. При содержании указанных компонентов менее 1 и 0,5 мас,ч соответственно наблюдается снижение первоначального порового давления, а тампонирующая способность невелика. При увеличении содержания компонентов более 6 и 3 мас.ч ухудшаются технологические свойства тампонажного раствора {растекаемость, реологические свойства и др,), а коэффициент тампонирующей способности практически не изменяется.

Формула изобретения

Тампонажный раствор, включающий тампонажный цемент, алюминийсодержащий компонент, добавку и воду, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью сохранения первоначального порового давления в период структурообразования тампонажного раствора во время ОЗЦ при одновременном повышении его тампонирующей способности, он содержит в качестве алюминийсодержащего компонента саморассыпающийся алюминиевый шлак — отход производства высоколегированного алюмиСостав разработанного тампонажного раствора подобран таким образом, что позволяет сохранить и поддержать первоначальное поровое давление в процессе ОЗЦ

5 до завершения формирования прочной структуры цементной суспензии, Кроме того, газовыделение, которое начинается после продавки цементного раствора в затрубное пространство, препятствует воз10 никновению суффозионных каналов, образующихся под действием фильтрационных потоков вследствие снижения порового давления. Имеющиеся в составе тампонажного раствора полимерные добавки в результате

15 взаимодействия с вяжущим образуют вязкоупругую тиксотропную гель, придающую ему способность самозалечивать суффозионные каналы, если они по каким-либо причинам образуются.

Все вышеуказанное способствует повышению изоляционных характеристик тампонажного раствора (седиментационной и суффозион ной устойчивости, коэффициента

25 тампонирующей способности).

Применение разработанного тампонажного раствора позволит повысить качество крепления скважин, увеличить межремонтный период работы сква30 жин. ния, а в качестве добавки содержит акриловый полимер или эфир целлюлозы при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Тампонажный цемент 100

Саморассыпающийся алюминиевый шлак— отход производства высоколегированного алюминия 1 — 6

Акриловый полимер или эфир целлюлозы

Вода

1789665

Таблица 1

Состав исследованных тампонажных растворов

Со е жанне компонентов по составам, мас.ч

Наименование компонен тов

1 (прототипп) П ЦТ-Д20

ПЦТ-Д20

100

ШПЦС-200

100

ПЦТ-Д20

100

ПЦТ-Д20

100

П ЦТ-Д20

100

П ЦТ-Д20

100 шпцс-гоо

100

ПЦТ-Д20

100

64,6

Тампонажный цемент

Алюминиевый порошок

Самарассыпающийся алюминиевый шлак

Гелеобразующий полимер

Вода

Хлористый натрий

Жидкое стекло

0,13

0,7

6,5

3,0

0,8

0,3

КМ Ц-600

1.О

КМОЭЦ

Гипан

0,45

3.5

Гипан

0.5

КМОЭЦ

1.0

КМОЭЦ

1.5

Гипан

КМОЭЦ

0.5

КМОЭЦ

32,3

1,29

1,55

Таблица 2

Свойства исследованных тампонажных растворов и цементного камня на их основе

Состав )Плот Расши- Водоотрение. ь! делеТемпера- Давлетура, С ние, МПа

Вре загустев, анияя, чмин

\ Растека емость, см

Прочность цементного камня при иагибе, МПа

Коаффициент тампо-

1 нажной 1 способ- 1 ности

I ность. кгlм ние. 7 ное

1-20 . 0-50

3-1о I з-об

3-15 I 3-05

3-40 3-25

4-20 4-10

4-20 4-15

1-20 1-15

0-40

3-00

3-05

3-20

3-50

3-45

1-10

15 . 15

1840 15

40

50

Составитель Я, Курбанов

Редактор Т. Куркова Техред М.Моргентал Корректор Л, Филь

Заказ 334 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

2

4

6

8

10

1820

12- 14

19

19

19.5

19.5

19,0

14,0

1 35

1,55

1.70

1,70

1 75

1,2

1.65

1.25 ! .23

t,4

1.8

1,8

1.75

t.S2

1.75

i.62

1.S2

1,78

1.820

1.84

1.2

1,75

1,75

1,sã

1,75

t.0

1 165

1.25

1.1

1.25

22

180 150

О

О

5

О

0.9

3.2

4,9

4,4

3.0

2.9

t,7

3,2

9,6

21

19

8.9

О

4,2

О