Тампонажный раствор пониженной плотности для крепления высокотемпературных нефтяных и газовых скважин
О П И С А Н И Е (, > 903560
ИЗОБРЕТЕН Ия
Сотоз Советских
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 111 079 (21) 2844323/22-03 с присоединением заявки М(23) Приоритет (51)М. Кл.
Е 21 В 33/138
Ввудврствшшых квнктет
СССР ав делан кзабрвтаккк к отхрыткй (5З) УЙК 622. 245. . 42(088. 8) Опубликовано 07. 02. 82, Бюллетень М 5
Дата опубликования описания 07,02.82 (72) Авторы изобретения
С.М.Баш, А.М.Панов, И,И.Климашкин и У.Д.Мамаджанов м vi ъ* Ф -." следовательский у ЦЗНЧЭ
Пнрю}щдфФчюи . щ а
Среднеазиатский государственный научно-и и проектный институт нефтяной промышленн и Среднеазиатский научно-исследовательск природного газа (71) заявители (54) ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР ПОНИЖЕННОЙ ПЛОТНОСТИ
ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ НЕФТЯНЫХ
И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН
Изобретение относится к креплейию нефтяных и газовых скважин, а именно к составам облегченного цементного раствора на основе легкого промышленного шлака, гидратационно активного наполнителя и добавки - стабили- затора и ускорителя схватывания и твердения для тампонажных работ высо. котемпературных скважин.
Известны облегченные тампонажные составы на основе цемента, наполнителей и добавок, используемые для ра- . зобщения пластов f 13.
Наиболее близким к изобретению по составу является тампонажный раствор пониженной плотности для высокотемпературных скважин 2), содержащий в качестве основы вяжущееле гкие шлаки, а в качест ве. облегчающей догавки - маргелистые породы с содержанием 254 карбонатов, при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:
Легкие шалаки 100
Маргелистые породы 5-40
Вода 58-65
Однако такой состав.не позволяет получить тампонажный раствор с плотностью менее 1,5 г/см .
Целью изобретения является снижение плотности тампонажного раствора.
Указанная цель достигается тем, что в качестве вяжущего тамо раствор содержит феррохромовый шлак„ а в качестве добавки - керамзитовую пыль и алюминат натрия при следующем соотноешнии компонентов, вес.ч.: . Феррохромовый шлак 100
Керамзитовая пыль 14-31
Алюминат натрия 1,5-2,9
Вода 15 197
Достигаемая плотность раствора
1,22-1,44 г/см, а высокая термоста3 бильность позволяет его применять при
903560
120-150 С и выше. Низкая плотность такого раствора достигается эа счет низких плотностей самого основного вяжущего вещества -. феррохромового шлака (2,70 г/см ) и гидратациi онного активного наполнителя - керамзитовой пыли (2,50 г/см ). Высокая водопотребность смеси обуславливается большой загущающей способностью алюмината натрия (NaA10<.), а также большим расходом воды на смачивание высокодисперсной твердой фазы. Последнее вызвано тем, что феррохромовый шлак и керамзитовая пыль находятся в тонкодисперсном состоянии, и их удельная поверхность . доходит до 6000 см /r. Феррохромо-, вый шлак представляет собой. тонкодисперсную шлаковую пыль, образующуюся в результате расклинивающегося 24 действия двухкальциевого силиката в -форме при силикатном распаде, .например самораспавшийся шлак от производства рафинированного флюсового феррохрома. Такой шлак состоит почти на 1003 иэ кристаллической фазы характеризующейся. наибольшим содержа-. нием II-CgS 60-703, 10-203 в шлаке составляют шпинели, алюминаты кальция и магния, 5-153 - двухкальциевый 30 силикат в р-форме, остальное мервенит, рудное вещество и RO-фаза около 101.
По химическому составу основные металлургические шлаки с модулем ос- з новности более 1,5 характеризуются наиболь46 шйм количеством окиси кальция (4055ь). Содержание кремнезема в таких шлаках 20/554. На долю глинозема приходится 5-153 и окись магния до 10"6 ° феррохромовый шлак является от4% вальным закристаллизованным распав шимся шлаком черной металлургии, Керамэитовая пыль является отходом производства легкого вспученного заполнителя для бетона - керамэита.
Химический состав ее характеризуется следующими данными, 3: $И 40-60;
АЗОВО 15-10, СаО 10-20; ППП 1.0-15, Р1эО 2-4;МдО 2-5 SO 1-3 К О+
Na O 2-5.
Такая пыль гидратационно активна и при высокой температуре за счет присутствия кальция и магния, а так= же алюмосиликатного стекла проявля- . ет вяжущие свойства и может самостоятельно твердеть.
Алюминат натрия представляет собой соль слабой кислоты (НА10д) и сильного основания. Он является продуктом химической промышленности, а также побочным продуктом ряда производств, например в пищевой промышлен..ности. Кроме этого, алюминат натрия может быть получен химическим путем нагреванием в водной среде до
70 С гидроокиси алюминия и каустичесо кой соды при избытке последней. После нагревания до 70 С реакция протекает экзотермически с повышением температуры до 115 С. В результате образуется светло-желтая жидкость с плотностью 1,22- 1,42 гlсм, имеющая рН около 13. Наилучшие результаты по стабильности приготовленного продукта.алюмината натрия получаются при соотношении каустической соды и гид1роокиси алюминия (каустический мо1ЧаОИ дуль --- — --), равном 0,8, В этом
Al (ОН)в случае после 15-20-минутного кипения при 113 С получается 403-ный раствор алюмината натрия (NaA10<) с плотностью 1,415 г/смз.
Реакция идет по уравнению (ОН)з +ЛЧаОН = 2NaA10 +4HgO
Пример 1. Берут 100 г феррохромового шлака, 14 г керамэитовой пыли и 1,5 г алюмината натрия. При затворении смеси водой с учетом воды, вносимой раствором алюмината натрия с концентрацией 403, общее количество воды составляет 151 мл, а общее водосодержание смеси 1283. При этом растекаемость раствора на стандартном конусе АзНИИ 20 см, а плотность его
1,37 r/см . Сроки схватывания раст.вора при 140 С характеризуются следующими данными: начало - 2 ч, конец3 ч. Образующийся при твердении ка4 мень имеет механическую прочность после твердения при 140 С в течение су- . ток на изгиб 10 кгс/см, на сжатие
28 кгс/смэ.
Пример 2. Берут 100 г феррохромового шлака, 31 г керамзитовой пыли и 2,9 г алюмината натрия. При затворении смеси водой с учетом воды, вносимой раствором алюмината натрия с концентрацией 404, общее количество воды составляет 197 мл, а об9035 щее водосодержание смеси 1504, При этом растекаемость раствора на стандартном конусе АзНИИ 19 см, а плотность его 1,28 г/см . Сроки схватыва, ния раствора при 120 С характеризуют- s ся следующими данными: начало - 2 ч
30 мин, конец - 3 ч. Образующийся при твердении камень имеет механическую прочность после твердения при
120 С в течение суток на изгиб !
О
6 кгс/смэ, на сжатие 20 кгс/см
П р и и е р 3. Берут 100 г Феррохромового, шлака, 22,5 г керамзитовой пыли и 2,2 г алюмината натрия. При затворении смеси водой с учетом воды, 1э вносимой раствором алюмината натрия с концентрацией 40, общее количество воды 175 г, а общее водосодержание
1454. При этом растекаемость раствора на стандартном конусе 4эНИИ 20
22 см, а плотность его 1,33 г/см . о
Сроки схватывания раствора при 130 С характеризуются следующими данными: начало - 2 ч, конец - 2 ч 45 мин. Образующийся при твердении камень И имеет механическую прочность после твердения при 130 C в течение суток, на изгиб 8 кгс/см, на сжатие
25 кгс/см .
Использование данного тампонажного раствора обеспечивает по сравнению с известными достижение более низ60 6 кой плотности {1,22-1,44 г/смв); сравнительно высокую механическую прочность образующегося цементного камня при низкой плотности последнего, возможность повышения качества тампонажных работ в нефтяных и газовых скважинах, имеющих аномально низкие пластовые давления и там, где очень велика возможность гидрораэрыва пласта, дешевизну тампонажного материала, которая предопределяется тем обстоятельством, что два компонента являются промышленными отходами.
В табл. 1 и 2 представлены дан-. ные результатов испытания предлагаемого тампонажного раствора и известного облегченного тампонажного цемента.
Эти данные показывают, что данный тампонажный раствор обеспечивает получение гораздо более низкой плотности при сохранении необходимых для прокачивания сроков охватывания при высокой температуре и приемлемой механической прочности образующегося уже через 24 ч цементного камня.
Таким образом, применение пред" ложенного тампонажного раствора обеспечивает получение более низкой плотности по сравнению с известным с одновременным повышением эффективности изоляционных работ в скважинах с аномально низкими пластовыми давлениями.
903560
Ф
Z )
»
1!!
1 у !
1 с !
I ц> 1
1
1
1 I
1
f .
I!
J о а с
IL
f9
М о
Ol
У
z
m х
Э
Э
% о о
CV и ! ба
Ю м л
М\
» о о
Щ
ОЪ м
v о
Ы
»
Ьо о
Ц б °
l
X бЧ CO
Ю Ю сО
T
» м о е о
1 сО аА
3Е с
O о
С а
Z
Э
IX а
I» о о
Z с
CO CO
X
X у
»
Il
X .Z
m з
Щ
m х о
X х о а о о б м о м
ФЧ о
3 о
C) о м
М\
Э
Z о х
CI м о о
1 бЧ!
CL
Э
X
3CO ба о бЧ о
an м о
ФЧ бЧ о
СО
cv о сО
1
I ! ! !
1
1 !
1
1
I
l5 а а о а
II
I» о
I»
Ю
И
Ю ю
Ъь EO
-I
Эь
Z о х о
43
1»
О
C4 O
CV !Ч м
1 о о
С !
1
1
I
I
1
I !
1
I
I
1
1
1 !
1
1
1
I
1
I
)
I
t
I
1.
I
1 !
1
I
1
I
1
1
I
1 !
1 !
1 !
1
1
I
I !
1
I !
CO
° Ф СО СО
«бб о о о о о м
1 1 в an о о о о м о
I 1 l
Ф м ° СЧ
CO H СО ю о an о о а.
О 1 л
МЪ
« ОЪ
Ю
oa cn сО се
Ю» Ю л сО
an о Сб
» Ф » » »
1Ч м ЮО
%ca . iо t4 о о о м м о
1 1 1 бЧ бЧ
43 бч CV O
an an О бА м в о в м
t4 CV
« бЧ а о о о о
Л сО В л сО
3 бо м о !
Ч о
1Ч
М о
ICL Р х Ф е х
Ф е о
3 о, о
an бЧ -С
Э
М о
=й
Ьх ф
>Х з
Z с с о о
903560
Щ
Ф
CD
ОО
Ю Ф
IA
С4
Ю м
»
CV (Г\
Г
М\
СО
CD
CD ! м
1А
I (М
CD м !
CD м
I м
МЪ
Ю
Ю
1 м
Ю м
lII
Zz г
X с
Ю м
СМ (D
Ю
I ((Ю
CD
CV
М\
-м
CV (Л
CV
Ю (D
1 м
Ю
CD м
Ю м
Ю
СМ
X а (I1I
Z (.(Ъ м
CD м
CV м
z
Q с
CD
Л (о
О
I»
О с
Ю (с(Ю м
Ю м
CD м
Ю
Ю
Ю
Ю
СМ
Ю (М
44Ъ
- и
Ф (Ч (с
С4 (Ч
-( (.(Ъ
-а.
IA м м с4
Ю
С1
Ю
Ю (D
CD
Ю
CD
Ю
CD
I
I
I!
1
I (о! о
1! л м
I (ц
1 о
1 III
I и
1 (g
О
О
l5
Z о
I c
II1! 1I
О! L о! E
Э (II
1II с
Сй
Э а с
I м
I» о
Z! 1О с
K
1 IK х
CX
Э а
i.o
1.
1
1 °
1 Ю
z
1 Z
1 CO
I Y
1 Ф
1 X
z
I а
1 С: ! !
1
I
Й о
12 феррохромовый шлак
Керамзитовая пыль
Алюминат натрия
Вода
90 3560
14-31
1,5-2,9
l 51-197
° °. Составитель В.Никулин ц ° Корре
Заказ 65/15 Тираж 623 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
l13035, Москва,Ж-35, Раушская наб.,д.4/5
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул,. Проектная, 4
11
Формула изобретения
Тампонажный раствор пониженной плотности для крепления высокотемпературных нефтяных и газовых скважин, содержащий в качестве основы вяжущее, добавки и воду, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью снижения плотности тампонажного раствора, он содержит в качестве вяжущего феррохрсмовый шлак, а в качестве добавок - ке.щ рамзитовую пыль и алюминат натрия при следующем соотношении компонентов, вес.ч:
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Данюшевский В.С. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам.М., "Недра", 1973 с. 15-20.
2. Авторское свидетельство СССР
И 632826, кл. E 21 В 33/138, 1971
- (прототип).
