Композиционный состав тампонажной смеси для цементирования колонн в буровых скважинах

Изобретение относится к области разведочного бурения и может быть использовано в производстве цементирования кондукторов и технических колонн в нефтяных и газовых скважинах. Технический результат - удешевление производства цементирования глубоких скважин за счет использования в тампонажной смеси отходов магниевого производства, улучшение качества цементирования, а также частичное решение экологической проблемы утилизации отходов магниевого производства. Композиционный состав тампонажной смеси для цементирования колонн в буровых скважинах, содержащий магнезит каустический, суперфосфат двойной, крахмальный реагент, триполифосфат натрия и воду, в качестве цементирующей основы он содержит шлам-отход производства магния при следующим соотношении компонентов, масс. долях: указанный отход производства магния 1,0, магнезит каустический 0,14-0,76, суперфосфат двойной 0,2, крахмальный реагент 0,007, триполифосфат натрия 0,06, вода 0,6-1,0. 1 табл.

 

Изобретение относится к области разведочного бурения, а именно к производству цементирования кондукторов и технических колонн в нефтяных и газовых скважинах.

Надежное и долговременное разобщение соляной толщи от над- и подсолевых водонасосных комплексов в глубоких нефтяных скважинах, например, на территории Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей, где добыча водорастворимых солей ведется подземным способом, может быть достигнуто при условии обеспечения качественного цементирования обсадных колонн, перекрывающих солесодержащую часть разреза.

Отечественный и зарубежный опыт цементирования обсадных колонн в скважинах, разрез которых включает соляные отложения, свидетельствует, что высокое качество крепления скважин в указанных условиях может быть достигнуто при использовании специальных тампонажных материалов. Известны тампонажные смеси для цементирования скважин, в состав которых входят вяжущие вещества (портландцемент, шлак, известь), минеральные (кварцевый песок, асбест, глина) или органические (отходы целлюлозного производства, хлопковые очесы и др.), добавки и дающий после затворения водой раствор, а затем камень [1].

Известен также состав для цементирования глубоких скважин, содержащий тампонажный материал на основе магнезиальных цементов. В качестве базового материала для их приготовления используется порошок магнезитовый каустический [2].

Для цементирования кондукторов и технических колонн в скважинах Верхнекамского месторождения широкое применение получил расширяющийся магнезиально-фосфатный тампонажный материал, технологические свойства которого удовлетворяют горно-геологическим условиям разреза [3]. В состав этой смеси входят следующие химические реагенты и добавки, направленно регулирующие его свойства:

- суперфосфат двойной, который регулирует сроки загустевания и схватывания раствора до необходимых значений, обеспечивает требуемую водостойкость и солестойкость цементного камня, повышает коррозиеустойчивость стальных обсадных труб;

- экструзионный крахмальный реагент, повышающий седиментационную стабильность тампонажного раствора;

- триполифосфат натрия, обеспечивающий объемное расширение цементного камня.

Цементирующая основа:

- порошок магнезитовый каустический

- водный раствор бишофита

- вода техническая.

Данный состав является наиболее близким аналогом по своей технической сущности к предлагаемому изобретению.

Недостатком данного состава является использование дорогостоящих материалов: порошка магнезитового каустического и бишофита, а также недостаточное качество цементирования скважин.

Предлагаемое техническое решение направлено на удешевление производства цементирования глубоких скважин за счет использования в тампонажной смеси отходов магниевого производства, улучшение качества цементирования, а также на частичное решение экологической проблемы утилизации отходов металлургической промышленности.

Для достижения поставленной цели предлагается композиционный состав тампонажной смеси, содержащий магнезит каустический, суперфосфат двойной, крахмальный реагент, триполифосфат натрия. Отличительной особенностью предполагаемого изобретения является использование в качестве цементирующей основы отходов производства магния, а именно шламов карналлитовых хлораторов.

Шлам карналлитовых отходов представляет собой твердую массу, содержащую в своем составе:

Магния хлорид (MgCl2)	до 28%
Магния оксид (MgO)	до 34%
Калия хлорид (KCl)	до 23%
Натрия хлорид (NaCl)	до 7% и незначительное количество примесей.

Проведенные лабораторные исследования и расчеты доказали возможность замены цементирующей основы, содержащей магнезит каустический и бишофит, применяемой в настоящее время, на шламы магниевого производства. Для более полной замены требуется корректировка состава шлама, которая заключается в дополнении к нему магния оксида, так как в шламе соотношение MgO: MgCl₂=1,21:1

Наиболее оптимальным вариантом является состав, включающий компоненты в следующем количественном соотношении (мас. долях.):

Шлам - отход производства магния	1
Магнезит каустический	0,14-0,76
Суперфосфат двойной	0,2
Крахмальный реагент	0,007
Триполифосфат натрия	0,06
Вода	0,6-1,0.

Количественный состав компонентов: суперфосфата двойного, крахмального реагента и триполифосфата натрия рассчитывается, исходя из количественного соотношения шлама, магнезита каустического и воды.

В качестве примера приведем следующие опыты, доказывающие оптимальное соотношение компонентов состава тампонажной смеси для цементирования колонн в скважинах, отвечающей требованиям технических условий и экологической безопасности. Результаты опытов сведены в таблицу №1:

Таблица №1
№ опыта	Состав композиции (кг)	Результаты опыта
шлам магниевого производства	магнезит каустический	вода	суперфосфат двойной	крахмальный реагент	триполифосфат натрия
1	1	0	0,65	0,008	0,005	0,045	не пригоден для цементирования
	60,6%	0	39,4%
2	1	0,5	0,67	0,020	0,007	0,060	скорость цементации согласно требованиям ТУ
	46,1%	23%	30,9%
3	1	0,05	0,65	0,008	0,005	0,050	не пригоден для цементирования
	51,8%	3,0%	38,2%

Предлагаемый композиционный состав тампонажной смеси готовят следующим образом:

Сухие тампонажные смеси приготавливают как непосредственно на буровой из завезенных на нее компонентов, так и в организациях-подрядчиках.

Для получения однородной сухой тампонажной смеси загрузку бункеров смесительных устройств производят в последовательности: шлам производства магния → триполифосфат натрия → крахмальный реагент → магнезит каустический.

По окончании затаривания бункеров производят двух-трехкратное перетаривание сухой смеси из бункера одной смесительной установки в бункер другой с целью получения однородной смеси во всем объеме.

Жидкость затворения производят на буровой в следующем порядке. В перемешивающем устройстве готовят концентрированный водный раствор тампонажной смеси. Для этого в очищенное и вымытое перемешивающее устройство засыпают необходимое количество суперфосфата двойного, нагревают до температуры 35÷40°С. Перемешивают до полной диспергации гранул суперфосфата двойного. Готовый раствор сливают в технологическую емкость, заполненную необходимым количеством концентрированного водного раствора тампонажной смеси. Содержимое технологической емкости перемешивают до полного растворения всех реагентов и выравнивания плотности во всем объеме.

Непосредственно перед проведением работ по цементированию обсадной колонны содержимое емкости разбавляют водой в количестве 30÷32 л/м³ для снижения плотности исходной жидкости на 0,01·10³ кг/м³ с учетом необходимости последующего нагрева жидкости затворения до требуемой температуры.

По завершении выравнивая плотности во всем объеме, доведения температуры до требуемой (15÷25°С) и pH≤1,5 жидкость затворения считают готовой к применению и закачивают в мерные баки цементировочного агрегата.

Закачка раствора тампонажной смеси в скважину осуществляют методом прямой заливки по традиционной технологии.

Применение в производстве цементирования скважин предлагаемого композиционного состава тампонажной смеси с использованием шлама производства магния позволит значительно снизить затраты за счет полного исключения из технологии дорогостоящего сырья: бишофита и значительного уменьшения расхода магнезита каустического, и в результате чего получить дополнительную прибыль. Кроме того, использование отходов магниевого производства улучшает качество цементирования, а также уменьшает экологический ущерб, причиняемый магниевыми предприятиями, и частично решает экологическую проблему утилизации твердых отходов.

Источники информации

1. Бурение скважин. С.М.Башлык и др. М.: Недра, 1983 г.

2. Справочное руководство по тампонажным материалам. Данюшевский В.С. и др. М.: Недра, 1987 г.

3. Технологический регламент приготовления и использования расширяющегося магнезиально-фосфатного тампонажногго материала для цементирования обсадных колонн в глубоких скважинах на территории Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей. Утвержден техническим директором ЗАО "ЛуКойл-Пермь", 15.05.2001.

Композиционный состав тампонажной смеси для цементирования колонн в буровых скважинах, содержащий магнезит каустический, суперфосфат двойной, крахмальный реагент, триполифосфат натрия и воду, отличающийся тем, что дополнительно в качестве цементирующей основы он содержит шлам-отход производства магния при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Указанный отход производства
магния	1,0
Магнезит каустический	0,14-0,76
Суперфосфат двойной	0,2
Крахмальный реагент	0,007
Триполифосфат натрия	0,06
Вода	0,6-1,0