Способ химической обработки тампонажных растворов

 

ОП ИСАНИЕ,9

Союз Советски к

Социалистические

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 13.01.80 (21) 2891044/22-03 с присоединением заявки № (51)M. Кл.

Е 21 В 33/138

3Ъвударстаиный квинтет

СССР во делам нзабретений н вткрытнй (23) Приоритет (53) УДК 622.245..42(088.8) Опубликовано 15. 05. 82, Бюллетень ¹ 1 8

Дата опубликования описания 17. 05.82 .

B.Ñ. Данюшевский, К.А. Джабаров, Л.Г. Журча, В .=П; Стттктзв ††; и А.П; Тарнавский

i; (,- .—

Московский ордена Октябрьской Революции и,"орт(ена Трудового

Красного Знамени институт нефтехимической и газовой ..

1 промышленности им. И,М. Губкина (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель (547 СПОСОБ ХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТАМПОНАЖНЫХ

РАСТВОРОВ

Изобретение относится к глубокому бурению, в частности к способам обработки тампонажных растворов, .предназначенных для крепления нефтяных и газовых скважин.

5.Известны способы химической обработки тампонажных растворов путем введения добавок, в результате которых повышается коррозионная стойкость образующего цементного камня, так как В снижается его проницаемость для агрессивных сред. Установлено повышение коррозионной стойкости при спо- собе химической обработки тампонажных растворов, при котором в качестт5 ве добавки в жидкость затворения вводят фуриловый спирт с солянокислым анилином (1).

Но указанный способ обработки не

20 нашел практического применения из-за дефицитности и высокой стоимости фурилового спирта. Защитное действие образующейся фурилоанилиновой смолы обусловлено только кольматацией no" рового пространства.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ химической обработки тампонажных растворов на основе металлургических шлаков путем предварительного введения в жидкость затворения добавкифлотореагента Т-66. Флотореагент Т"66 ,представляет собой дешевый и выраба тываемый в достаточно большом количестве отход производства изопренового каучука. В соответствии с этим он служит физическим поглотителем кислых газов. Кроме того, являясь вязким органическим веществом, он сохраняется в порах цементного камня, образующего" ся при затвердевании тампонажного раствора, кольматирует их, понижая газопроницаемость цементного камняCQ.

Указанный способ химической обработки, в основе которого лежит введение добавки - флотореагента T-66, не обеспечивает достаточно эффективной

3 9279 защиты от такого сильно агрессивного агента, каким является сероводород.

Защитное действие флотореагента

Т-бб заключается в физических процессах кольматирования и абсорбции сероводорода. Однако поглотительная спо" собность флотореагента Т-55 с ростом температуры (для условий в глубоких скважинах характерны повышенные температуры) значительно снижается, а 10 кольматация пор не препятствует диффузии сероводорода вглубь цементного камня. 8 результате этого не обеспечена достаточная стойкость цементного камня к сероводородной агрессии. t5

Целью изобретения является повышение сероводородостойкости цементного !

)камня, Указанная цель достигается тем, что согласно способу химической обработки

20 тампонажных растворов B качестве добавки используют водорастворимые соли трехвалентного железа, которые вводятся в количестве 50-ч00 кг на 1 м жид25 кости затворения.

Обработка тампонажных растворов, содержащих в качестве вяжущего вещества металлургические шлаки, водорастворимыми солями трехвалентного железа регулирует структурно-механи30 ческие свойства тампонажных растворов, повышая их суффозионную устой чи вост ь; создает условия для химического связывания сероводорода, проникающего в цементный камень, ингибируя его, продукты реакции сероводорода с солями трехвалентного железа кольматируют поровое пространство цементного камня, затрудняя дальнейшую фильтра" цию газа через него; ускоряет тверде- 40 ние тампонажных растворов, содержащих металлургические шлаки в качестве вяжущего вещества. Указанное в совокупности повышает прочность и коррозион.ную стойкость химически обработанных 45 по данному способу тампонажных растворов.

Способ химической обработки тампонажных растворов осуществляют следующим образом. 50

В зависимости от условий крепления скважины задаются плотностью тампанажного раствора. По известным формулам для конкретного тампонажного раствора находят водоцементное отношение, по- 55 эволяющее обеспечить требуемую плотность, т.е. количество жидкости затворения на единицу массы тампонаж72 4 ного материала. Затем опытным путем устанавливают максимальное количество добавки - водорастворимой соли трехвалентного железа, не влияющее отрицательно на другие свойства тампонажного раствора. Для этого в жидкость затворения вводят количество соли трехвалентного железа, соответствующее концентрации 00 xr соли на 1 м

3 жидкости затворения и осуществляют пробное затворение тампонажного материала с определенным ранее отношением жидкости затворения к тампонажному материалу. Если максимальной концентрации введенной соли получаются недопустимо высокие реологические показатели или недопустимо быстрое схватывание тампонажного раствора, то проводят его дополнительную химическую обработку известными пластификаторами и замедлителями схватывания. При этом следят за тем, чтобы другие добавки, вводимые одновременно с солями трехвалентного железа, не вызывали выпаI дение соединений железа из раствора.

Если таким путем не удается получить необходимых в данном конкретном случае технологических свойств тампонажного раствора, то уменьшают концентрацию соли трехвалентного железа в жидкости затворения известным методом последовательного приближения к требуемым технологическим свойствам тампонажного раствора.

Установленное таким образом максимально возможное B данных конкретных условиях количество соли трехвалентного железа растворяют в предназначенном для приготовления тампонажного раствора объеме жидкости затворения. После этого приготавливают тампонажный раствор по известной технологии.

После эатвердевания тампонажного раствора образуется цементный камень, объем пор которого заполнен раствором солей трехвалентного железа и (или) продуктами его реакции с некоторыми веществами тампонажного материала. При воздействии на такой цементный камень агрессивной среды, содержащей сероводород, последний, растворяясь в поровой жидкости, вступает в химические реакции с соединениями трехвалентного железа, в результате которых образуются нерастворимые в поровой жидкости и нейтральные по отношению к цементному камню сульфид

927972 железа .и элементарная среда, которые1 кольматируют поровое пространство, препятствуя дальнейшему проникновению сероводорода вглубь цементного камня. 5

Повышение сероводородостойкости достигается как за счет кольматации порового пространства и воспрепятствованию тем самым дальнейшего проникновения сероводорода вглубь це- 10 ментного камня, так и за счет хими° ческой нейтрализации сероводорода соединениями трехвалентного железа, содержащимися в поровой жидкости, и воспрепятствования таким образом 15 взаимодействию сероводорода с веществбм структурного скелета цементного камня.

Способ химической обработки тампонажных растворов используют для Z0 тампонажных растворов, содержащих преимущественно металлургические шлаки в качестве вяжущего вещества, поскольку металлургические шлаки получают в восстановительной среде и 25 вследствие этого они не вступают в реакции окисления-восстановления с сероводородом. Этим обеспечивается первоочередное взаимодействие сероводорода с трехвалентным железом, со- 50 держащимся в поровой жидкости.

Пример 1. Требуется произвести химическую обработку тампонажного раствора, содержащего в качестве. вяжущего вещества шлакопесчаный тампонажный цемент марки ОПЦС-200 путем предварительного введения в жидкость затворения сульфата железа (1ц). Крепление скважины надо произвести в условио ях сероводородной агрессии при 130 С

Задаются плотностью тампонажного раствора () — 1,.7 г/cì, растекае мостью (IIР1 .— 18 см, сроком начала схватывания - не менее 4 ч.

По расчету для получения тампонаж3 ного раствора плотностью 1,6-1,7 г/см необходимо обеспечить водоцементное отношение около 0,8, т. е. на 1 кг шлакопесчаного тампонажного цемента тре,буется 800 мл воды. В указанном ко50 личестве воды растворяют 320 г сульфата железа (11!) и производят пробное эатворение тампонажного раствора. Определяют растекаемость тампонажного раствора: она менее. 16 см. Опыт повто

55 ряют, введя в тампонажный раствор из- вестный пластификатор ПФЛХ ("полифенол лесохимический") . Если при его введении не удается получить тампонажный раствор требуемых реологических параметров, например из-за сильного, замедления схватывания и твердения, то уменьшают количество добавки сульфата железа (III) и повторяют- подбор.

Получив необходимые реологические свойства тампонажного раствора, проверяют седиментационную устойчивость (определяют коэффициент водоотделения К), скорость схватывания и твердения. Подбор осуществляют до тех пор, пока не будет найдено то максимально возможное содержание сульфата железа (П), при котором с применением имеющегося пластификатора могут быть получены необходимые технологические свойства тампонажного раствора.

После этого корректируют водоцементное отношение с учетом изменившейся плотности жидкости затворения, исходя из требуемой плотности тампонажного раствора.

Пример 2. Требуется произвести химическую обработку тампонажного раствора повышенной плотности, содержащего в качестве вяжущего ве.— щества металлургический доменный шлак, а в качестве утяжелителя — барит, путем предварительного введения в жидкость затворения нитрата железа (III). S качестве соли трехвалентного железа выбирают нитрат, вызывающий наимеМьшее загустевание тампонажного раствора, которое препятствовало бы его утяжелению. Крепление скважины

Мадо произвести в условиях сероводо-! родной агрессии при 90 С. Заданная плотность тампонажного раствора l,9.

2,0 г/см, растекаемость 18 см, на3 чало схватывания — не менее 1 ч

45 мин.

В дальнейшем осуществление способа производится вышеописанными приемами.

Пример 3. Требуется произвести химическую обработку тампонаж.ного раствора, содержащего в качестве вяжущего вещества шлакопортландцемент, путем предварительного введения в жидкость затворения хлорида железа (I!!). В качестве соли трехвалентйого железа выбирают хлорид, вызываю" щий наибольшее ускорение схватывания шлакопортландцемента-при невысокой температуре. Крепление скважины надо. произвести в условиях сероводородной о агрессии при 30 С. Заданная плотность э тампонажного раствора 1;5-1,6 г/см

972 8

Из данных, приведенных в таблице, следует, .что химическая обработка там-. понажных растворов по данному способу значительно повышает устойчивость цементного камня к сероводородной . агрессии по сравнению с известным.

Введение в процессе химической обработки меньшего, чем заявлено, количества солей трехвалентноro железа, не обеспечивает достаточной защиты от сероводородной агрессии.

Помимо защиты от сероводородной агрессии химическая обработка тампонажных растворов по данному способу ускоряет схватывание и твердение тампонажных растворов, так как водорастворимые соли трехвалентного железа являются электролитами - ускорителя.ми твердения.

Способ химической обработки тампонажных растворов повышает их суффозионную и седиментационную устойчивость эа счет солей трехвалентного железа, которые образуют коллоидные гидроксиды железа при реакции со щелочными компонентами вяжущего вещества. Это дает возможность значительно расширить пределы регулирования водоцементного отношения таких тампонажных растворов.

Таблиц а 1

Компоненты одержание, вес, ч., о примеру

2 3 4 Известный

Шлак (вяжущее вещество) .

60 бо 7о бо 7о

Кварцевый песок

40 - - 40

100

Варит

Портландцемент

30 30

7 . 927 растекаемость 18 см, начало схватывания не менее 2 ч.

В дальнейшем осуществление способа производится приемами, описанными в примере 1. 5

fl р и м е р. 4. Требуется произ.. вести химическую обработку тампонаж. ного раствора для высокотемпературных скважин, содержащего в качестве вяжущего вещества саморассыпающийся шлак флюсового производства рафинированного феррохрома.

Крепление сверхглубокой скважины надо произвести в условиях сероводо, родной агрессии при 160 С. Заданная плотность тампонажного раствора 1 7э

1,8 г/см, растекаемость 18 см, начало схватывания не менее 5 ч.

В качестве срли трехвалентного железа выбирают нитрат, вызывающий 20 наименьшее ускорение схватывания.

В дальнейшем осуществление способа производится приемами, описанными в примере 1.

В табл. 1 приведены свойства там- 2Ю понажного материала.

В табл. 2 приведены свойства химически обработанных тампонажных растворов, содержащих металлургические шлаки в качестве вяжущего вещества. зэ

927972

S 1

3 OI

3.3 а о v

М ъЯ >Я о о

3- Z

o a о

3- а

z o

Ol IX

s o

s o у m ct

I

1

1

1

33 у

1

Ф сО

ОЪ л л о D

3ч

01 л

1 I

I

Ю

3 О

I Х

3 л

СЛ л о О

1»», л

СЛ л

О 3.I ° !

1.

tC!

1 4Э

Y 0

0 1 л о

3Ч М о - со л л

» D

1 I

I

I

1

3Ч

С»3 м

LA о л м

I 1

СЧ -а

D м

1 I

I

1

1

1

1

1

l

I

1

1

Э Со л

I «

CO о

3Ч

1

Э е л

Э л

I- Iи о

m c As

0 S O

О о (ч

Сь-, о ф3

X с о с

С 3

3- 1Э Э ю ю

О3 Ф

3LA O 0 о

° л

° — C»1 л сч О сО

LA LA о М\ л

3Ч .1, л

Э Э х

Х I 1

ыко и 3- I c9 еое 8С хе« асеа

LA LA л л о о

LA LA л л о о

LA л

1 О о л

°

LA л о

3Л

Ф о

1 1

М1

О Е

» о о ъО . LA

« о о

00 СО о о

CO К) . л о о

00 л о

I

1

1

I .!

I

1 о л и е о е 0Э О

K ltd о

v m

m o

) )(1 оэо

s az

I- I« а z

O s o3 йсс о и

I- Iv o

Э IO х а

s o о о с ct

У и о о о о

СЧ о о о

М\ -Ф о о

О LA

C»I о о о о о

33Ъ М о о

LA О

34 -Ф о

D LA

34 о о

«

1 I

s а а Э

C Х

1

1

I

I

I !

1

I

1

I

1

1.

1

I

3, I

I

1

1

1 !

1 !

I

I В чи

Э1ss. Iol-u

Э OI ë эоusIOauv

aaоaso3

С= С Z С 1- 0 3Ч 3С! е х з

I- II Z

Y e f0 s s

Oc;mzs а fG X е& о г o m з.

1 I

s o

С3 л

КОЭУ ф CO 1

I»I I- Cf, К

OZI-К э О.z_#_

1

I

3

1 .3.

1

1

1

1

Э 1

a I» о м и л

I- K

C и Х 1

1 в о О С0 л Ф л о о о сч ОЪ

CO CA

Ф л

О .:1 O л LA

00 о

° л л о л

m o

« л о

»» . »О

I » I 3 М

Е О О м 3ч

I I

1 М В - LA

О ъО -Ф л л л

3Ч 3 D оС Щ 00 о

° »» а» С»1

1

1 !

1

I

cV. 1

I с ! о е

1

Ф I

% с о

1Х о а.

S 1

v а о о

Х

« «й

I- т о

J- а. т о

m с!(s o

=т m

О1

-й л

1v о т

У о

CL

C х

Ф

С

1 л

CD ъО

CX)

CD о а о

)X о

Ф

X о о е

s Ф1-о

Ф Ф ))

Se CLV V

cLsФ

L» 4 Уй Y

3 а

3 о

Q. с

I» о о

1

1 1

I

I

2j

1(Q и х

IL т

S X

z S

m N

m 7 о

Ф

1 I

s o

"1 СГ ф Ф

A Iо т

%»Ф Ф

Ф с

Ф

С

1о л

X

z см! л

Ф

Ф

1

1

1

Н о

l- m и =г о 1 о

Ф о s а с <ч

m л

v о,„

CD л

СЧ

Ф

3 о

Iо

X

1о о

)т о

Ф

Q.

Ф

Ф о

:У

Ф

Щ а

X

1о

1 о

IЩ

Y л

I

I !

11 о х с о а

lт о

О

1т

Ф.

X

& (>

C Г

1 о о

)т о

Ф

1v

Ф

X с о

I

1о т

Q.

1-.

О оМ

»

Ф л с(о

Ф

CL о. 11 о Ф с о

X о Й о

1 .I

l

1 CL

1 C

1" I

1 l0

l Y e о с а IL.

1 о

Ф Ф

mom х

Фое а.т Ф

Ф

* с

X Ф Ф

1 (а

Ф I- Ф

VCLL

eOO Y

orm

S IX I- К

cZ Ф m т

927972

) т

Iо)x

Ф Ф .)« х Ф т сМ о к) О ом л цр о осс

:» о ь-сэ т!

l

1

1

1 !

I

I

1

1

1

1

1

I

1 ! !

1

1

1 .1

1

I

1

I

13 927972 14

Формула изобретения рые вводятся в количестве 50-400 кг

Способ химической обработки тампо" на 1 м жидкости затворения. нажных растворов на основе металлур- - Источники информации, гических шлаков путем предварительно-; принятые во внимание при экспертизе го введения в жидкость затворения до- s 1. Липовецкий А.Я. < Данюшевс-:: бавки, отличающийся тем, кий В.С. Цементные растворы в бурении что., с целью повышения сероводородо- скважин. Л., 1963, с. 185-187. стойкости, цементного камня, в качест- 2. Авторское свидетельство СССР ве добавки используют водораствори- 785463, кл. E 21 В 33/138, 1978 мые соли трехвалентного железа, кото 1о (прототип);

Корректор H. Муска

Подписное

2 Лл л Лл в

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

Составитель E. Молчанова

° Рецактор Н. Горват Техреду Ф1. Рей вес

Заказ 3194/42 . Тираж 624

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11 О Москва Ж- Ра шская наб. .4/