Облегченный тампонажный раствор

 

Изобретение относится к тампонажным растворам, используемым при цементировании нефтяных и газовых скважин, осложненных наличием пластов с аномально низкими пластовыми давлениями (АНПД). Облегченный тампонажный раствор, включающий цемент, содержащий клинкер, гипс, трепел, и воду, причем цемент дополнительно содержит запечную пыль с электрофильтров и добавку полиоксихлорида алюминия - ПОХА при следующем соотношении компонентов, мас. %: клинкер - 50; гипс - 2,5; трепел - 35; запечная пыль с электрофильтров - 12,5;

ПОХА - 1,3-1,5 % сверх 100%, при водоцементном отношении - 1,3. Технический результат - снижение плотности раствора до заданных 1380-1420 кг/м² без ухудшения его физико-механических свойств. 3табл.

Изобретение относится к тампонажным растворам, используемым при цементировании нефтяных и газовых скважин, осложненных наличием пластов с аномально низкими пластовыми давлениями (АНПД).

Известен облегченный раствор на основе портландцемента, полых стеклянных микросфер, гипса, карбоалюминатной добавки и воды (см. пат. №2141026, RU Е 21 В 33/138, 08.07.1997) [1].

Плотность данного раствора выше 1400 кг/м³, кроме того, в скважинных условиях, за счет “схлопывания” полых стеклянных микросфер, наблюдается повышение плотности раствора до 1600 кг/м³, что нежелательно и может привести к поглощению тампонажного раствора. Также применение данного состава экономически не целесообразно из-за высокой стоимости стеклянных микросфер.

Эти недостатки устранены в тампонажном растворе (см. RU №2101246, опубл. 10.01.1998], он содержит клинкер, гипс, трепел и воду, данный раствор по технологической сущности более близок к предлагаемому и может быть принят в качестве прототипа. Однако минимально возможная плотность данного раствора 1470 кг/м³ достигается при водоцементном отношении (В/Ц), равном 1,0.

В районах Среднего Приобья, в т.ч. ООО “ЛУКОЙЛ - Западная Сибирь” для цементирования верхнего интервала скважин плотность тампонажного раствора для основного фонда скважин должна быть 1380-1420 кг/м³.

Задачей изобретения является разработка технологичного, облегченного тампонажного раствора, имеющего плотность в пределах 1380-1420 кг/м³, которая не должна повышаться в скважинных условиях. Кроме того, данный раствор должен быть относительно недорогим.

Поставленная задача решается за счет того, что облегченный тампонажный раствор включает цемент, содержащий клинкер, гипс, трепел, и воду, причем цемент дополнительно содержит запечную пыль с электрофильтров и добавку полиоксихлорида алюминия - ПОХА при следующем соотношении компонентов, мас.%: клинкер - 50; гипс - 2,5; трепел - 35; запечная пыль с электрофильтров - 12,5; ПОХА - 1,3-1,5% сверх 100%, при водоцементном отношении - 1,3.

Технический результат - снижение плотности раствора до заданных 1380-1420 кг/м² без ухудшения его физико-механических свойств, 1 пр., 3 табл.

Из патентной и научно-технической литературы не известны тампонажные материалы, содержащие совокупность указанных выше компонентов в предложенном качественном соотношении, что позволяет сделать вывод о новизне заявляемого технического решения.

Используемая запечная пыль с электрофильтров содержит до 3% свободной окиси кальция и является отходом цементного производства ОАО “Новотроицкий цементный завод”.

ПОХА выпускается по ТУ 6-09-05-1456-96 и представляет собой порошок желтого цвета, легко растворимый в воде.

В ходе экспериментальных исследований нами установлено, что ПОХА способствует расширению твердеющей системы, а сформировавшийся камень обладает безусадочными свойствами с 4 образованием прочной структуры. Это объясняется тем, что оксид алюминия, входящий в состав ПОХА до 30%, как наиболее активная фаза, способствует образованию крупных игольчатых кристаллов на поверхности цементного зерна. Подтверждением тому служат исследования образцов цементного камня под микроскопом, а также то, что предел прочности цементного камня на изгиб в 1,5-2,0 раза выше предела прочности на сжатие в начальные сроки твердения. К двадцати четырех суточному возрасту предел прочности цементного камня на сжатие увеличивается и превышает предел прочности на изгиб в 2,0-3,0 раза.

При проектировании свойств указанная характеристика позволяет увеличивать водотвердое отношение, следовательно, снижать плотность раствора, не ухудшая его физико-механические свойства.

Сравнительные данные свойств известных составов (аналога и прототипа) и заявляемого приведены в табл. 1-3

Установлено, что оптимальной является концентрация ПОХА в пределах 1,3-1,5% к сухому веществу (цементу). При снижении содержания ПОХА ниже 1,3% тампонажный раствор не удовлетворяет поставленным требованиям, а при повышении содержания его более 1,5% сокращается время загустевания раствора ниже допустимого предела, кроме того, наблюдается ухудшение его реологических характеристик.

Пример применения тампонажного состава в промысловых условиях.

Во время затворения тампонажного раствора расчетное количество ПОХА вводится через гидроворонку в подаваемую жидкость затворения; можно добавлять ПОХА непосредственно в цемент.

Предлагаемый состав тампонажного раствора испытывался в промысловых условиях на скважине №9762 Тевлинско-Русскинского месторождения ООО “ЛУКОЙЛ - Западная Сибирь”.

По вышеописанной технологии был приготовлен тампонажный раствор со следующими показателями тампонажного раствора и камня:

плотность при В/Ц=1,3, кг/м³ 1380

водоотделение, % 1,8

прочность (2 сут), изгиб/сжатие, МПа 1,9/1,2

прочность (24 сут), изгиб/сжатие, МПа 3,2/6,8

водоотдача, см³/30 мин 110

время загустевания, мин 150

растекаемость, мм 260

При этом расход материалов составил, кг:

клинкер 18100

гипс 905

трепел 12670

запечная пыль с электрофильтров 4525

ПОХА 500

вода 47 м³

Исходные данные скважины:

1. Забой скважины 2588 м.

2. Глубина спуска эксплуатационной колонны 2586 м.

3. Диаметр эксплуатационной колонны 146 мм.

4. Диаметр скважины 216 мм.

Приготовленный раствор в объеме 60 м³ был закачан в затрубное пространство, циркуляция раствора полная до конца цементирования, наблюдался выход раствора на устье.

После ожидания затвердевания цемента проводились геофизические исследования на предмет определения качества крепления в контактных зонах цементный камень горная порода и цементный камень стенки колонны, высота подъема тампонажного раствора и его однородность по плотности.

Результаты исследований положительные. Преимущество предлагаемого тампонажного раствора заключается в его технологичности: плотность раствора хорошо регулируется в широких пределах и не увеличивается в скважинных условиях; не требуется заблаговременного растворения реагентов в условиях буровой, а также в относительной дешевизне.

Источники информации

1. Патент РФ №2141026, кл. Е 21 В 33/138, 1997.

2. Патент РФ №2101246, кл. Е 21 В 33/138, 1998.

Формула изобретения

Облегченный тампонажный раствор, включающий цемент, содержащий клинкер, гипс, трепел, и воду, отличающийся тем, что цемент дополнительно содержит запечную пыль с электрофильтров и добавку полиоксихлорида алюминия - ПОХА при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Клинкер 50

Гипс 2,5

Трепел 35

Запечная пыль с электро-

фильтров 12,5

ПОХА 1,3-1,5 сверх 100%

при водоцементном отношении 1,3

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3