Тампонажная смесь для приготовления тампонажного раствора для глубоких высокотемпературных скважин

 

О П И С А Н И E (ii)926239

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соввтскнк

Соцналнстнчесмнк

Респубпнм (6l ) Дополммтельмое к авт. свмд-ву (22) Заявлено 04.06.75 (23) 2141218/22-03 (51) NL. Кя.

Е 21 В ЗЗ/138 с присоединением заявкм рм (23) Приоритет

1Ьеудерстеенвй кепктет

СССР ве делам кзееретеккк к еткрытвк

Опубликовано 07. 05.82. Бюллетень М 17

Дата опубликования описания 09.05.82 (53) УЙК 622.245., .42 (088.8) (72) Авторы мзобретенмя

Г. Какацжанов, E. И. Карпенко, С. Т. Колосай я А. А. Арамян (7I) заявители (54) ТАМПОНАЖНАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ

ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА ДЛЯ ГЛУБОКИХ

ВЪ|СОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СКВАЖИН

Изобретение относится к нефтпгаэодобываюшей промышленности и может быть использовано при креплении глубоких высокотемпературных нефтяных и газовых скважин.

Известна тампонажная смесь для приготовления тампонажного раствора, включающая тампонажный портланццемент и облегчающую добавку, содержащую воздух, например керамзит (1 .

Удельный вес, раствора может быть получен низкий, однако при помещении раствора в среду гидродавления он резко повышается., Известна также,тамопонажная смесь для приготовления тампонажного раствора для глубоких высокотемпературных скважин, включающая тампонажный портландцемент, облегчающую добавку и глинопорощок (2) .

Недостатком указанной тампонажной смеси является то, что получаемый цементный камень обладает недостаточной термо- и корроэионной стойкосгью, а также недостаточной прочностью при повышенных температурах и давлениях.

Белью изобретения является повышение прочности, термо- и коррозионной стойкости получаемого цементного камня.

Указанная цель достигается тем, что в качестве облегчающей добавки смесь содержит вспученный аргиллит при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Тампонажиый портланд1О цемент 25-72

Вспученный аргиллит. 25 -70

Глинопорошок 3-5

Вспученный аргиллит отвечает требо. ваниям ГОСТа 6269-63 Активные мине-!

% ральные добавки к вяжущим веществам .

Тампонвжный раствор готовят путем затворення данной тампонажной смеси на воде. Введение вспученного аргилли20 та и глинопорошка не оказывает существенного влияния на сроки схватывания, а также позволяет полу Мить растворы низкого удельного веса (ниже 1,40 г/смв) щэи одновременном увеличении механи926239

Таблица 1

М и/п

Плот- Растека

Состав облегченного цемента ность емосгь, г/смЗ см

Прочность на сжатие, кгс/мЕ

2 суток 7 суток

1,38 16

108

1,48: 25

13 ческой прочности цементно-аргиллитовоглинистого камня, что показано в табл.

1и2.

Плотность вспученного аргиллита до и после выдерживания его при высоких давлениях определялась с помощью пикнометра.

Определение растекаемости и плотности цементного раствора с добавкой вспученного аргиллита проводилось в соответствии с ТУ-21-1-6-67 на облегченные тампонажные портландцементы

Прочность цементного. камня на сжатие определялась по ГОСТУ 310-60, 1. 65 вес. ч. ТЦ + 35 вес. ч с вспученного аргиллита

75 вес. ч. TH + 25 вес. ч бентонита

" Обычный тампонажный цвет

Лабораторные испытания вспученного

39 аргиллита показывают, что плотщ>сть вспученного аргиллита после 30-ти минутного выдерживания при давлении .750 кгс/см (что соответствует давлее ниям в скважинах глубиной 40006000 м) повысилась на 7%, следова35 тельно, вспученный аргиллит вполне пригоден в качестве облегчающей добавки для получения. тампонажных растворов пониженной плотности.

При исследовании влияния добавки

40 вспученного аргиллита на термо- и коррозионную стойкость цементного камня, а .также с целью ускорения процессов твердения и химической коррозии, был применен вспученный аргиллитовый песок

Ф г с удельной поверхностью 4264 см /г.

Повышение скорости реакции достигалось только за счет увеличения реагирующей поверхности, без изменения механизма реакции и конечных продуктов.

При исследовании термостойкости установлено, что оптимальным испытаниям были подвергнуты образцы цементного камня, приготовленные из оптимального состава с 3 — 5%-ной добавкой 55 глинопорошка, в зависимости от температуры и времени выдержки. При этом плотность цементно-аргиллитово-глинистодля сравнения параллельно испытали тампонажный облегченный цемент, полученный путем смещения обычного тампонажного цемента (75 вес. ч.) и бентонита (25 вес. ч.).

Лабораторные исследования показали

) что плотность исходного вспученного аргиллита составляет 0,950 г/см, гr =ле выдерживания его в воде при давл»нии 750 атм в течение 30 мин плотность вспученного аргиллита повысилась до

1,018 г/см .

Результаты по растекаемости, плоч

-асти и прочности приведены в табл. 1.! го раствора снижается до 1,45 г/см3.

Для сравнения параллельно испытаны облегченные тампонажные цементы, полученные путем добавки к обычному тампонажному цементу бентонита, опоки и пластмассовых микробаллонов в следующих соотношениях, вес. ч.:

Цемент 80 + бентонит 20

Цемент 80 + опока 20

Цемент 90 + пластмассовые микробаллоны 10

Доследования проводили в автоклавах при 130, 160 и 200 С и давлениях соответственно 450, 600 и 750 атм. Испытания образцов на прочность проводились через 2 и 7 сут.

В исследованиях для определения прочности цементного камня применялись образцы не стандартных форм и размеров, а уменьшенных, формы призмы

2)(2 Х 12 см и цилиндры диаметром

2,5 см и длиной 12 см. Это вызвано тем, что в случае применения образцов большого размера возникает затруднение при хранении их на длительные сроки при высоких температурах и давлениях изза значительного усложнения оборудования. Кроме того, учитывая, что в результате исследований необходимо было получить сравнительные данные, 5 92623 сочли возможным использовать образцы нестандартных размеров..

Таблица 2

Предел прочности на сжатие при хранении образцов, кгс/см аполнитель

Условия хранения

ЯсЯ

Цемент, г Вид

Т = 160 С Т = 200 С

P =- 600 атм P = 750 атм

130 С

= 450 ат

) 1 1 7

2 7 2

Аргиллит + 47 . + глинопорошок .. 3 180 210 224

230 244 280

18 18 22

115 65 71

Бентонит 20 8 1 77

Опока 20 l 14 157 98

80

Пластмассовые микробаллоны 10 32 37

90

18 19

15 16 К Критические значения гидродавлений составляют 180 — 280 кгс/см . й

Как видно из табл. 2, прочность цементного камня состава цемент 50 вес. ч. + вспученный аргиллит 47 вес. ч + 50

+ глинопорошок 3 вес. ч. с ростом температуры и времени хранения увеличивается.

Так, например, с увеличением температуры с 130 С до 200 С через 2 сут. 35 прочность цементного камня увеличивается ог 180 до 244 кгс/см и через

7 сут. — от 210 до 280 кгс/сьР.

С добавками бентонита, опоки и пластмассовых микробаллонов прочность це- 4, ментного камня с увеличением температуры уменьшается.

Так, например, при увеличении температуры с 130 С до 200 С прочность составов вес. ч.:

Цемент 80 + бентонит 20

Цемент 80 + опока 20

Цемент 90 + пластмассовые микробаллоны 10 через 2 сут. уменьшается соответственно от 81,114 и 32 кгс/см до 18,65 и 15 кгс/см, а через 7 сут. Р 56 соответственно от 77,157 и 37 кгс/сФ до 22,71 и 16 кгс/см4.

9 б

Результаты исследований приведены в табл. % 2.

Проведено исследование по определению стойкости цементного камня к коррозионному воздействию минерализованных пластовых вод. Для суждения о коррозионной стойкости цементного камня определяли коэффициент стойкости, который представляет собой отношение предела прочности при сжатии образцов, отвердевших в агрессивной среде, к пределу прочности одновременно испытанных образцов, отвердеваюших в технической воде.

В качестве агрессивной среды применялась вода, приготовленная по типу пластовой, следующего химического состава г/л: А + К вЂ” 23; М вЂ” 42 и С0360, плотностью 1,215 г/см . Испыта3 ние цементного камня на прочность проводилось через 7,60 и 160 сут. выдержанного в технической- и минерализованной водах при 90 С и атмосферном давлении.

Результаты исследований приведены в табл. 3.

926239 о

nl со - < » о о о а а о п 0 о о о о щ c0 сО

87 т- с си а о о а в о

-4 О) О)

О О.о о

Т Р7 СЯ (Я о

Б

+ g д о (л

" + ф

926239

Составитель В. никулин

Редактор О. Половка Техред Т.Маточка Корректор Г. Решетник

Заказ 2921/21 Тираж 624 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Как видно из табл. 3, наилучшую кор:. розионную стойкость с добавками проявляют пластмассовые микробаллоны и аргиллит с 3% добавкой глинопорошка.

Коэффициент коррозионной стойкости с 5 добавками пластмассовых микробаллоноа составляет через 7 сут. 1,15, через

60 сут. 1,40 и через 150 сут. 1,30, с добавкой аргиллита и 3% глинопорошка через 7 сут. 1,18, через 60 сут. 1,25 и через 150 сут. 1,22. С добавками бентонита и опоки коэффициент коррозийной стойкости ниже единицы.

Механическая прочность цементного камня на сжатие с добавкой аргиллита и 3% глинопорошка несколько выше по сравнению с остальными добавками, выдержанными как и технической, так и минерализованной воде.

Так, например, прочность состава:. цемент 50 вес. ч. + аргиллит 47 вес. ч. +

+ глинопорошок 3 вес. ч. составляет через 7 сут. в технической воде 144 кгс/см

2 и в минерализованной воде — 170 кгс-см, а через 150 сут. в технической воде

210 кгс/cMÐ и в минерализованной воде

256 кгс/см .

Механическая прочность цементного, камня с добавками глины, опоки и нластмассовых микробаллонов состава вес. ч.: 30 цемент 80 + бентонит 20, цемент 80 +

+ опока и цемент 90 вес. ч. + пластмассовые микробаллоны 10 в технической воде через 7 сут. составляет соответственно 108,153. и 59 кгс/см, а в ми- 35

2 нерализованной воде через 7 сут. - col

2 ответственно 105,138 и 69 кг/см, через 150 сут. в технической воде, со, ответственно 122, 134 и 95 кгс/см, в минерализованной иоде соответственно 40

108,99 и 123 кгс/см . !

Результаты исследований при высоких температурах и давлениях также показали, что введением в цементно-аргиллитово-глинистые растворы различных реагентов можно регулировать сроки схватывания.

Полученный тампонажный раствор повышает надежность цементирования скважин при наличии в разрезе поглошающих горизонтов, технических нарушений, а также в скважинах с большой высотой подъема цементного раствора, где применение обычных цементных растворов может привести к гидроразрыву пласта.

Формула изобретения

Тампонажная смесь для приготовления тампонажного раствора для глубоких высокотемпературных скважин, включающая тампонажный портландцемент, облегчающую добавку и глинопорошок, о т— л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения прочности термо- и коррозионной стойкости получаемого. цемент ного камня, в качестве облегчаюшей добавки она содержит вспученный аргиллит при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Там понажный портландцемент 25-72

Вспученный аргиллит 25-70 Глинопорошок 3-5

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Булатов A. И. Цементирование глубоких скважин. М., "Недра", 1964, с. 146.

2. Данюшевский В. С. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам.

М., "Недра", 1973, с. 76 (прототи ).