Тампонажный раствор для цементирования скважин с низкой температурой

 

ф

В.А, Прасолов, П,Н.Григорьев, С. И.Алчина, B,П, Ерохин, В.И.Батурин и Г.И.Шилова

Г,...

2

Сибирский научно-исследовательский институт- нефтяной промышленности (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ

СКВАЖИН С НИЗКОЙ ТЕМПЕРАТУРОЙ

Изобретение относится к строительству скважин и может быть использовано при цементировании обсадных колонн и установки цементных мостов в открытых или обсаженных . скважинах с низкой температурой.

Цементирование обсадных колонн в породах с низкими температурами производится тампонажным раствором на основе немодифицированного стандартного тампонажного портландцемента.

Переход тампонажного раствора в це" ментный камень при низких температурах замедляется, что приводит к значительному увеличению времени ожидания затвердевания цементного раствора (ОЗЦ), Для сокращения сроков ОЗЦ широко используют тампонажный раствор (,1) при следующем соотношении компонентов, вес,ч.:

Цемент 1,00

Хлорид кальция 0,05-0,10

Вода 0,50-0,70

Но эти тампонажные растворы в связи с быстрым загустеванием не отвечают техническим требованиям цементирования, Кроме того, добавление хлорида кальция способствует интенсивному трещинообразованию цементного камня в процессе твердения °

Известен также тампонажный раствор для цементирования скважин с низкой температурой, содержащий цемент, конденсированную сульфит-спиртовую барду, хлорид кальция и воду (?).

Недостатком данного тампонажного раствора является высокое тепловыделение при затвердевании раствора, Ф что вызывает оттаивание и осыпание мерзлых пород, т.е. данный раствор неприменим для цементирования скважин, 7969 ф становятся нестабильными, в частности, величины растекаемости, сроков схватывания, прочности отличаются друг от друга в 1,5-2 раза.

Прочность цементного камня, твердеющего в среде с температурой - 5 .С, измеряется после растепления образцов при 20+2 С в течение двух часов. Сро" ки схватывания раствора определяются

10 при 20 2 С.

В табл.1 показано определение оптимального состава тампонажного раствора с комплексной добавкой реагентов.

Из табл. 1 видно, что тампонажный

1З раствор, отвечающий требованиям

ГОСТ 1581-78, при водоцементном отношении 0,50,с добавкой хлорида кальция и без нее, при температуре о

С не способен за двое суток фор20 мироваться в камень (примеры 1 и 2 ).

При снижении водоцементного отношения до 0,46 тампонажный раствор становится нетехнологичным (пример

Повысить растекаемость данного растд вора возможно за счет добавок (.по

0,001 вес.ч.) КССБ и хромпика, что, однако, не приводит к формированию камня при -5оС (пример 4) . Ввод в раствор предельного количества хлорида кальция,(0,020 вес.ч.) не дает желаемого результата по прочности камня (пример 5) .

Иные выводы вытекают иэ анализа параметров раствора с водоцементным отношением 0,45(примеры 6-10). Для этого раствора методом, описанным выше (примеры 6-9), найдено опти3 92 разрез которых содержит породы, осыпающиеся при растеплении.

Кроме того, при твердении данного раствора образуется камень недостаточной прочности, Целью изобретения является повышение прочности образующегося камня и снижение тепловыделения при эатвердевании раствора.

Указанная цель достигается тем, что тампонажный раствор дополни тельно содержит хромпик при следующем соотношении компонентов,. вес.ч.:

Цемент 1,000

Конденсированная сульфит-,cllNpToBBR барда 0,002-0,005

Хлорид кальция 0,002-0,020

Хромпик . 0,002-0.,005, Вода 0,350-0,450

Данный тампонажный раствор готовится путем введения в воду для затворения цемента последовательйо хлорида кадьция, хромника и конденсированной сульфит-спиртовой барды (КССБ), перемешивания в течение .

1О"15 мин и затворения цемента на растворе этих реагентов.

На чертеже показаны удельные тепловыделения при затвердевании раствора (цемент Стерлитамакского завода, водоцементное отношение 0,4 ).

Оптимальные водоцементные отношенир и содержание реагентов в тампонажном растворе определены экспериментально в ориентации на следующие . исходные требования к растворам для

Ф цементирования скважин с низкой температурой:

1. Растекаемость по конусу АзНИИ не менее 18 см.

2. Сроки схватывания раствора при 20 С не менее 4 ч и не более о

24 ч.

3, Прочность камня при изгибе после твердения в течение двух суток в среде с температурой 20 С не мео нее 28 кгс/см, с температурой - 5 С не менее 10 кгс/см2.

4. Содержание в растворе хлорида кальция не более 0,020 вес.ч. 1 2Ф к . весу цемента ).

Во всех эксперимен. ах выдержано оптимальное соотношение КССБ и хромпика 1:1. При нарушении этого соотношения параметры раствора и камня мальное соотношение компонентов (пример 10), при котором удовлетворяются все исходные требования, Экспериментально установлено наименьшее приемлемое вадоцементное отношение, равное 0,35 (примеры

14 и 15) . Предельное содержание в данном растворе реагентов: КССБ и хромпика по .

0,005 вес.ч., хлорида кальция

0,002 вес.ч. При дальнейшем снижении водоцементного отношения (0,34 и ниже) параметры раствора и камня, независимо от количества вводимых реаГентов, не удовлетворяют исходным требованиям.(примеры 19-22).

Таким образом, необходимые для низкотемпературных условий параметры тампонажного раствора и камня достигаются в диапазоне водоцементных отношений 0,45-0,35 с добавками КССБ

927969 и хромпика по 0.,002-0,005 вес.ч., хлорида кальция 0,002-0,020 вес,ч.

Растворы, приготовленные из там" понажных портландцементов для холодных скважин завод r.ã. Стерлитамак и Чернореченск, характеризуются параметрами, близкими по значению к параметрам раствора из цемента завода "Красный Октябрь" г. Вольска (табл.1). 1О

На промысловых испытаниях тампонажного раствора предложенного состава выполнен анализ проб, отобранных непосредственно после затвердения цемента. 15

В табл.2 приведены параметры раствора и камня в пробах, отобранных в процессе промысловых испытаний, Для сравнения проведен анализ проб цементного раствора без добавок 2В согласно .ГОСТ 1581-78, Цемент взят из бункера цементно-смесительной ма, шины перед началом промысловых испытаний, В таблице 3 приведены параметры цементного раствора и камня без добавок в пробах, отобранных в процессе промысловых испытаний.

По данным табл.3 можно заключить, что цементный раствор без добавок 30 не технологичен (растекаемость меt б нее 18 см) . Цементный камень при водоцементном отношении 0,45 плотность 1,89 кг/м ) не удовлетворяет требованиям по прочности.

По диаграммам акуатического цементомера АЦК-1 отношение длины контактных зон отличного качества к общей длине колонны в интервале цемен- . тирования равно единице.

В более широком масштабе предлагаемый цементный раствор опробован на Русском месторождении при цементировании экспериментальных скважин

40 39,43,44,42,41. Получено высокое качество контактных зон цементного камня в интервале цементирования, о чем можно судить по данным акустического цементомера АКЦ-1, Экономическая эффективность предлагаемого цементного раствора обусловлена сокращением средств на ремонт негерметичного затрубного пространства, в особенности в скважинах, предназначенных для теплового воздействия на продуктивные пласты. Для последнего случая повышение прочности контактных зон становится одной из главных задач, так как применению тепловых методов интенсификации добычи нефти сопутствует подвижка колонны вслед ствие теплового удлинения.

927969

1 ! ! а

1

Г а л о м а л о о о а

I л л л м со о о

О а л л

ОЪ tA

О LA л в а о

° («4

tA л о

D tA

I с л

К «» м о

I . л м а о

1 л л

Оо «» (м а

tA lA л л

О1 МР м м а о

° « л л

° — (М

lA О

1 л

tA

1 ° Ь о (Ч а о

1 в (Ч а сп о о

I л ф (М а о а л л 1

О Л

О LA а л

° Ь

ОЪ -Ф а (М л со о o л

3 о о, а

1 (1 а (Ч а л с а ь а л

00 О а о

c4 .LA л a

r м о а о а л

CV а («I о д(Ч о

tA

I л

О1 о а

О сИ ! ° »

О1 . ф о (М ь л о о о

1 X

Э о

cg

К л

Э .о

l»

v u а о о X а m со со а л

М О О со О р4 ю е ю «»

I !

° с(3 I X е 1 а

o о

Э 1

Ф 1 Х

1 о

С4 о о о о

Ю (М о о л л о о о о о л о (ч о о о о о о о о л Ю. л

o o c o о о

»

S t

» о о о

Х I

Ш I

fg I

1 о

| 1

R а а LA с» o o о о о о о о о о

«- (Ч (Ч -Ф о ь о о о о о ь о о л л л л о о о о о о о л о о о о о

° \ о о ь) о о

I LQ о о о

С С= о о о о

c c c о о с о о о о

1о о. у уА

1-(((О!

r О L

С «М

1

1

:I

I

1

I со

СО

CV о

1 ! !

I

I

I

I 1

I- Э х э э о

X z

Q 1 =Т О о

С Э Q оох

ca z z о а о о

-Ф о а м о а

-4 о!

s а

«a tEI с: йЬ (ч м «т а о

cU а

ED Э

X ttt (.Э - 1-0

Я

X i- Э о а

X O >. а 1L («4 Щ а

tL ccI Э

Х Э C

Х а X

Я Э Я

Y 3 l(! а

VXC о о

ХN Il их о a Y Э

cd%

3 I л

К =Т

X 1 Э

Z I Z о

2i I

1- !

ctt !

Ф I х и 1 о

X !

Y I Ф о з

a I ctI

u х

Ь (Ч М Л О СО О О л л л л л л л

m со а о со О со I м сс л е «» «-» («! « i «» е (4 в» т

1 о (ч м -м а О . 00 Оъ «;

927969

1 I

1 LA 1

1 1 I

1 I

1 1

1 1

1 1

λ — 4

I о

М и

I

Ъь о

Ъь

Х о х

LA а

I LA.1

1 1

1 I

Ф с а

Х о с

v о с

О 3

C х

>Х X з х

Z u

3E. IX

Ig П3

Z C с о

Ф 6I

К

Z X э r

Z Ф

Ф Z

Ф

z а

I

1

I о

Х1

U (о а

-4 м

Ф

z

t 1

LA л л м

Ig а о

Ф

Iо

X о о

Х

Э

Itt

Э

С: о

6l 3

X 3 о !

X 1

О

CL t и о с ф т о о са а

LA а

AI цо о

z о

Ф с о о

e oФ х а

IL! .33

1- Iо о

63 О

CL X

CL

Y о л с

m o

o ca з

» о

Ф

1

1 IC сХ z

1 X =Г

I CL 0 о с

1 С Щ

1хх

ID

CD а

Ig 30

lx х

X CD

Х Х аз

CX Z о

Ф

6l а

1 X

I X о а

3а X

I D

1 О

1 У X

1 Ф

1. Lo о о

CQ а

У ф

Ф

Ф с

Ф о о о с с о

Iо

Э с о о о

C г

1 с

C о

1

I I

I

1

Iо о ! (4Ъ

О1 с с х

У з.

О а

CV г

1

1

1 (1

1

-4 м а

С» а

X CL

CL Э It с Х о

34 4М!

1 л

L0

11,Э

;Х Х.

;Э

М о с

I о а!

I.1

ILI t

tQ а 1.)

z Э

L В.О

63 0

X Ф

1- а

Х ) ао1Е 16

33 а

Ц Ф

Z63C

X Э X

I6аэ

ХЭ 0 .33., X ! л, охс о о

Z N К х ох

О 3 Z ах Э

Л 1

1 "У

tI 1 Ф

z r r

Х 1 О

Ф I .У

61

З 1

1- 1 а г — — — !

I I

l. Э

r э э о

Э 1=3 О о сЕФ Э

ooz

CO Z Z а а а

CO о а

° \ а

CV 4

CV CV а ь а а о м

3 ..Ф о а о л а

° CO а а с4 а а

0О о а ° \

0 СО а о о о о о а о о с о О

О CD о о о а а .. a о о о 0 СО а

0о о о

CD а о о л л

О О

D o а о о о а а

СО

CD а

LA а л а л а

СМ а а

СМ а

ОЪ о) CD а

Ю о

CD о о с

CV

I

1

l

1

1

1

1

3

1 !

1

1

1

S !

1

I !

1

1

I

I

t

l

1

1

1

1

I

1

I

1

1.

1

1

I

1

1

I !

927969

12

Таблица 2

Прочность камня через 2 сут, Kf CfCM

Плот-. ность>

10-3 кг/м

Температура среды хранения образо цов, С

Сроки схВатывания 4

Растекаемость> см

Начало Конец

20+2

5,25

41>5

4,75

1,92, 20,6

24,0

18,0

5 75

5,00

1,93

18 7

1,94

20+2

52>3

4,75

4,25

30,8

5 25

6 00

5+2

19>5

П р и м е ч а н и я . Применен тампонажный портландцемент, !

Стерлитамакского завода после 9 месяцев хранения в складских условиях. Содержание добавок в растворе к весу цемента: КССБ и бихромата калия по 0,024, хлорида кальция 14.

Таблица 3

Прочность камня через 2. сут, кгс/см

Температура среды хранения образцов, о С

Сроки схватывания, ч

Растекае-. мость см

Плотность

10 кг/м

Начало Конец

20+2

24,0

8,25

9,75

14,8

1,89

5+2

13 5

8>75

10,25 C

1,89

1 >92

15,2

13> 6

20+2

29,8

8>50

7,75

16,7

1,92

5>2

9> 75

8 50

14,0

0,002-0,020

0,002-0,005

0 350-0,450 с

4в Хлорид кальция

°

Хромпик

Вода, .

0,002-0,005 формула, изобретения

Тампонажный раствор для цементирования скважин с низкой температурой, содержащий цемент, конденсированную сульфит-спиртовую барду,, хлорид кальция и воду, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности образующегося камня и снижения тепловыделения при затвердевании раствора, он дополнительно содержит хромпик при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:

Цемент 1,000

Конденсированная сульфит-спиртовая барда

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

15 ю

1, Грязнов Г.С, Конструкция газовых скважин в районах многолетнемерзлых пород, М, »Недра», 1978, с. 105110, 2, Рахимкулов Р,Ш. и Шарипов А.У.

Применение ПАВ для регулирования технологических свойств тампонажного раствора и камня, - "Нефтяное хозяйство", 1976, N 7. с. 46-48 (прототип).

927969

Ъ

М

9 у ъ an

7D

2п Я М Я Я 7Þ И И . 1И

Юреки, у

Составитель В.Никулин

Редактор С,Тимохина Техред М.Рейвес Корректор И.Hycкa

Заказ 3194/42 Тираж 624 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4