Супероблегченный пеноцементный тампонажный раствор

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<»>927973

Союз Советсник

Социалистические

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 01. 07. 80 (21) 2978333/22-03 с присоелниение>н заявки М (53)M. Кл.

E 21 В 33/138

Гооударетвениый комитет

СССР (23) Приоритет пр делам изобретений и открытий

Опубликовано 15. 05. 82. Бюллетень № 18 (53) УДК 622.245.,42 (088.8) Дата опубликования описания 17,05.82

1 " -;ъ..

В.С. Бакшутов, И.Ф: Толстых, В.В. Бондаренко

В.С. Данюшевский, О.К, Ангелопуло, В.П; Дорох>пн, Е.Е. Беличенко, Б.Н. Исаев, М.К. Николаева и В Н. Никитин

1,Московский ордена Трудового Красного.3HBMBH opäåíà

Октябрьской Революции институт нефтехимической-.-м- газовой промышленности им. И.М. Губкина (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СУПЕРОБЛЕГЧЕННЫЙ ПЕНОЦЕМЕНТНЫЙ

ТАМПОНАИНЫЙ РАСТВОР

Изобретение относится к производству облегченных тампонажных растворов, в частности для цементированйя

"горячих" скважин в условиях аномально низких пластовых давлений, интенсивных поглощений и агрессии минерализованными водами и может быть использовано в нефтегазовой промышленности °

Известны облегченные тампонажные растворы, содержащие вяжущее, легкий наполнитель и воду $1).

Однако они не являются температуро- и коррозионностойкими, имеют довольно высокую плотность (не ниже

1450 кг/м ), сравнительно низкие седиментационную стабильность и прочность камня, высокую проницаемость и узкий температурный интервал применения 20-90 С.

Наиболее близким к предлагаемому по составу и технической сущности является супероблегченный пеноцементный тампонажный раствор, состоящий из, мас.i0: минеральное вяжущее 33" 35; наполнитель 12-16; пенообразовательжидкий змульгатор 0,05-1,5, твердый эмульгатор 0,005-0,5; кальмататор пор - кремний - органическое,.полимерное соединение; 0,05-4,0; воздух 0,10,5 и калий-щелочная жидкость затворения (остальное до 1003 ), являющаяся одновременно и регулятором пено- и структурообразования (2).

Известный раствор при плотности

800- 1600 кг/м обеспечивает качественное цементирование скважин в интервале температур (+5 ) -(- 10) С. Однако часто возникает необходимость це15 ментирования промежуточных и эксплу" атационных колонн при температурах

30-160 С в условиях аномально низких пластовых давлений, интенсивных по20 глощений и агрессии минерализованными водами, для чего указанный известный раствор непригоден.

Целbe изобретения является обеспечение использования раствора в ин923973 тервале температур 30- 160 С в условиях солевой агрессии.

УМазанная цель достигается тем, что а качестве вяжущего раствор содержит тампонажный цемент или тампонажную смесь для "горячих" скважин, в качестве жидкости эатворения - минерализованную хлормагниеаую воду или минерализова нный буровой раствор, в качестве жидкого эмульгатора - суль- to фонол или жидкие мыла, или термостойкие ПАВ типа полиметиленсульфо" метиленфенолят натрия, в качестве твердого эмульгатора - глинопорошок. или высокодисперсные препараты крем-1 t5 незема в качестве кольмататора порказеиноаый порошок или натриевое жидкое стекло, а в качестве регулятора пено- и структурообразования - едкий натр или едкое кали при следующем соотношении ингредиентов, масс,ч.:

Вяжущее 100i0

Жидкость .эатаорения 45- 0

Жидкий э мул ь га- 25 тор 0,5-2,5

Твердый эмульгатор 2,5-12,5

Кольмататор пор 1,0-3,5

Регулятор пено30 и структурообраэования 0,25-2,5

Воздух 0,015-0 е 1

В этом тампонажном растворе эатаорейие вяжущего минералиэованной жидкостью затаорения обеспечивает возможность его применения при буре. нии на солевые и подсолевые отложения и при агрессии минерализоаанными пластовыми водами, данная солевая

to среда не является агрессивной для цементного камня, так как наиболее опасная в этом отношении соль MgClg нейтрализуется вводимым МаОН и выпадает в осадок в виде геля брусита Н9(ОН) 1 что способствует дополнительной кблБ матации пор и снижению проницаемости пеноцементного камня. Жидкий эмульгатор обеспечивает вспенивание цементной суспензии с образованием а . массе дисперсных и устойчивых пузырь- ков воздуха.. Хорошей вспениваемости и дисперсности пузырьков способствует также МаОН, смягчающий минерализо. ванную жидкость затворения. Твердый эмульгатор, в качестве которого могут 5$ применяться глинопорошки и высокодисперсные.препараты кремнезема является стабилизатором пузырьков, располагаясь на их поверхности, где уже ,находится тонкий слой пенообразователя, у которого полярные радикалы

ОН, Са, А1,,Fe, 1 е + и др. направлены наружу пузырька. Это обеспечивает физико-химическое. взаимодействие с ионами и комплексными группами стабилизатора и образование в результате этого защитного для поверхности пузырька слоя с двойной сандвичевого Ь типа оболочкой, что делает пузырьки пеноцементного раствора термобаростабильными.Кольмататор пор,в качестве котороro используется обладающий высокой клеющей способностью казеино-i вый порошок или натриевое жидкое стекло, обеспечивает зарастание со временем крупных пор между пузырьками воздуха а камне, что ведет к снижению

era проницаемости а целом.;,.Раствори мый в воде казеинат натрия со временем переходит в нерастворимый каэеинат кальция, который выпадает в осадок и колматирует поры, а случае применения товарного натриевого жидкого стекла Na g О 1 1 S10 (силикатный модуль Vt= 2-3,5) и плотности р=

1350-1500 кгlм при его взаимодействии с радикалом С0 образуется

Na, упрочняющий цементный камень, и гель кремнезема, который кольматирует поры.

Едкий натр или едкое кали способствует пенообразованию (увеличивает кратность, дисперсность и стабильность пены) и регулирует кинетику структурообразования (время ОЗЦ).

Приготовление раствора осуществляется с использованием обычной техники и технологии цементирования скважин. Вначале в емкостях цементировочных агрегатов .приготавливают расчетное количество жидкости,затворения, затем в емкости дополнительного цементировочного агрегата в приготовленной жидкостИ затворения растворяют расчетное количество жидкого эмульгатора. Приготовление пеноцементного раст,вора происходит в обвязке блок-манифольда БИ-700 при соударении струй исходного цементного раствора, возду" ха от компрессора буровой, УКП-80 и

1т..п. и жидкости затаорения с пенообразователем, В табл. 1 (составы 1-4 ) и табл, 2 (состааы 5-8) приведены составы и важнейшие технологические свойства исследованных пеноцементных растворов, 73

Таблица 1

Основные составы, мас.ч, ) Т

Компоненты раствора

2 3 4

Карагандинскийй тампонажный цемент

Карагандинский тампонажный

100. 100

Кувасай- ШПЦС-120 ский

Вяжущее тампонажный цемент цемент

40, Морская вода

Морская вода

Морская вода

Морская вода

Ии.дкос.т ь затворения

5 9279

В табл. 3 (составы 1-2), табл. 4 (составы 4-5), табл. 5 (составы 5-6), табл. 6 (составы 7-8) показаны свойства раствора и камня на его основе.

В табл. 7 дан химический состав 5 хлормагниевой воды Каспийского моря.

Полученные при оптимальных соотношениях ингредиентов тампонажные растворы при плотности 800-1600 кг/м имеют большую прочность, чем известные .облегченные растворы. Прочность камня при изгибе через двое сут. составляет 1,21- 1,65 МПа, через двадцать восемь сут, — 2,24-6,42 ИПа. Водопроницаемость камня через двое суток составляет 1,8 миллидарси, через двадцать восемь сут, - порядка 0,4 миллидарси. Камень пеноцемента данного состава является термо- и коррозионностойким 20 " изгиба через 180 сут

G изгиба через 2 сут

1 00-1 15 где К - коэффициент термо-коррозионностойкости, твердение при 25

90, 120 и 160 С .в одноименной о минерализованной жидкости.

Опытно-промышленные и спыта ни я пеноцементного раствора при цементировании 245 мм промежуточной колонны в зо скв. 801 пл. Барса-Гельмес Небит-Дагского УБР объединения "Туркменнефть" показали, что его применение позволяет избежать характерных для данного региона осложнений, связанных. с интен-. сивным поглощением раствора слабыми пластами, и повысить качество,цементирования скважин. На кривых ОЦК и

АКЦ зафиксировано отличное качество сцепления пеноцементного камня с колонной и .породой, чего обычно для дан. ного района бурения не наблюдалось.

Примененйе дешевых, недефици тных и серийно выпускаемых компонентов-в сочетании с просто -ой приготовления с использованием существующей техники и технологии цементированил скважин и стандартного оборудования буровой позволяют считать данный супероблегченный пеноцементный тампонажный раствор для цементирования "горячих"скважин весьма перспективным.

В качестве вяжущего можно использовать любой тампонажный цемент или тампонажную смесь для укаэанных температур.

В качестве жидкости затворения используется хлормагниевая морская вода или высокоминералиэованный буровой раствор.

В качестве жидкого эмульгатора можно использовать синтетические моющие средства, анионоактивные и неионогенные пенообразователи, термостойкие ПАВ, например, полиметиленсулыЬометиленфенолят натрия ВРП-31 с температурой разложения 320 С. Пав дополнительно повышает коррозионную стой-, кость камня при наличии солевой агрессии.

В качестве твердого эмульгатора можно использовать порошки различных глин или высокодисперсные окислы кремнезема природные или синтетические}.

В качестве кольмататора пор используются порошки каэеина или товарное жидкое стекло °

В качестве регулятора используются щелочи едкий натрий или едкое кали.

Количество воздуха берется в расчете на получение степени аэрации исходного цементного раствора 8- 10 и выше.

8. .Продолжение табл 1

92797

Основные составы, мас.ч.

1, 1 1"

Жидкий змульгатор

Сульфанол или термостойк.

ПАВ

Твердый змульгатор

3,0

Бентони5,0 10,0

Нефте- Нефтеабадабадская ская глина глина

5,0

Нефтеабадская глина товая глина

Кольмататор пор

2,0

Казеин

0,03

0,03

0,02

0,025

Воздух

Свойства

Оптимальный соОптимальный

Оптимальный соНедостаточная подвижность

C0CTGB CTBB став

Таблица 2

Компоненты

Основные составы, мас.ч. б (7

ИПЦС-120

ШПЦС- 120

Вяиуцее

100 100

ИПЦС-200 ШПЦС-200

Жидкость затворения

45 80

Морская Морская вода вода

1,0 0,25

Сульфонол Термоили термост.стойкий .

flAB IlAB

Жидкий эмульгатор

5,0

Нефтеабадская глина

12,5

Диатомит

13 5

Опока

Компоненты раствора!

- . Регулятор пено- и структурообразования

1,0

Сульфанол

2,0

Жидкое стекл о

1 0

Едкий натр

1,0

Сульфанол

1,0

Едкий натр

2,0

Бентонитовая глина

1,0

Сульфанол

2,0

Жидкое стекло

0,25

Едкий натр

Хлормагниевый буровой раствор

2,5

Жидкое мыло

3,0

Жидкое стекло

2,5

Едкое кали

Хлормагниевый буровой раствор

3,0

Термостойкий ПАВ

927973

Д . 6

Компоненты

Основные составы, мас.ч, 1

7 8

4,0

Казеин

3 0

Жидкое стекло

0,5

Жидкое стекло

3,5

Каэеин

2,5

Едкое кали

О,i .

Едкий натр

3,0

Едкий натр

2 5

Едкое кали

0,025 0,02

0,03

0,025

Свойства

Сроки схватывания, IlOHHNBHHBR прочность

Сроки схваты"" состав подвижность увеличенные вания,пониженная прочность сроки схватывания пони женная прочность еее еееееее

Состав 1 (плотность 1000 xr/ì, раста« каемость 17 см) Температуi pa

0оС

Сроки схватывания ч/н н

Прочность при изгибе, НПа

Начало Конец 2 сут. 28 сут е

4-50

2-50

1921

2-45

4,50

4-40

" 30

1,32

2е40

4,60

1 55

4-.20

2-30

- 5,00

2,02

6,00

6,00

3-50 3,04

2" 10

1-50

3-40 3,50

3-30

1-45

5 82

3,80

2-50

6,00

4,00

1-35 20 3-.30

30 -20

40 3-15

60 3-05

90 2-45

120 2-30

160 . 2-20

200 1-45

Оптимальный Большая

Продолжение табл.2

Таблица 3 еее«еееее остав 2 (плотность 1200 кг/и, растеЪ каемость 18 см) роки схватывания Прочность npN магич/мнн бе, Нйа е еееееееее ачало Конец 2 сут. 28 сут ее ее ее еееееееееЕееееее ееееееЕею

3-45 1,22 3,42

3-.50 1,28 3еSO

3-40 i,46 4,803 30 1,58 5,34

-15 1,62 5 44

2-.40 2 24 6;24

2-.40 3,26, 6,42

2-30 3,28 . 6,20 о

12. 927973!

I

I

Е. Ф й

ОЕ

l л

О

° О

СЧ О

О

C 3

I I

0О л

0О 3 . о. л

О л

О 1Х V

О 2

Ф, Y

СЧ

Ю

- 1

О 2

433

CD

CD

Д о

1 м

СЧ, 3

СЧ I! 1-1

1 Л 1

I О I

I I

1 СО I

4 СЧ ! l

О

СЧ

Ю л

-а л

СО л ф\

Ф л

М

О

CD О О

I

I

3

1

I

)л

О

C 4

СЧ О л

C 4

СЧ

СЧ

C0 ф л

l 4l

О

О О

z o

3- и

О 4))

С С)) Р

Э

О

Ю

LA

ССЪ !

С:,Ы с Г! «l

Ct)

3- Ct) .)

О

О с

Et)

Ю

tt) о

CD сЧ

0) 4 с л

E t

Ct) 44)

)- a л

Ф С.Э а, 1.

I .1; Е

Щ

О

Г Itt

1 С1

1 Ф

1 и .

I»

М

3 X

I О О

4 О1

1

1

1

3

1

3

4

I

1

1 !

I

I.

t

1

I

1

1!

»

K

3- K

О

О и Э

1 I

1 g 1

4 X 1

О 1

I М 1

l 1

3 ф

1 .1

О

1 Р 1 О СЧ

СЧ СО л л

СЧ СЧ о сч м л о о о сч

1 I о

N о

1 1

0 СО

СЧ СО О О л л м м

СЧ

СЧ .С) а о

ССЪ - Ф

1 I

Сч СЧ о о

СЧ

СЧ СЧ о о сч м сЧ м сЧ

CD СЧ 00 л .л л м м м о о ю! с т

СР СО I о а а сч Ф м

1 I 1

ЧР ц о

0 сч м л л.м

СЧ -4 СЧ

И Ф СО о о а

СЧ

1 1 1

СЧ СЧ СЧ д о е

СЛ а

1 1 !

О О О

° 4 ъО С У\

CV о сч л л О ч) а о сЧ м

I 1 О .LA

СЧ

Ю

СЧ

LA

Ш

1 о

CD

Ю

СЧ

927973

l .1

1 I

I l I л

О 1

I I

1 СО 1

1 СЧ 1

I 1

13

I 1 .l 1

1 .I

)I Л 1

I V I

1 1

1 CV 1

1 1

1 I

Ф

)о

X

tO

X e а с=

C X

Р «

0 Ф ие о

r а о а

I !" I

1 Л 1 о

S.

6) 3

I, I

-Ф

СЧ

СЧ

СЧ

° 1

СЧ

1 I

I СО 1

I СЧ 1

1 l

I l

Г !

X

С1 Ф с с=

X:! !

I

° p

« и Ф

О 30

1 X

1 У

О

1 Д с

1 I

1 I

i 1 ! 1 ! I- 1

I > 1 о

1 1

1 СЧ l

О .

СО Е сл и

Р CA т о .0 Р

1- о о о с и с Э

C3)

Y ео (С

fg

1 =)

l e 1

l X )

3

1

1

1

1

3

1

1

Щ

1 м

C) CV

-=г

X х ъ х

Ф

Ф

X У о й

xv х о а

I I

1 1 о с

1 Ш l

1 Ю 1

m 1

О

СЧ

О !

1

L

С5

1 1

1 1- I

I >I l о

1 1 ! СО )

I СЧ.(S

CO

X а

C (v о

X у о д

1 а

Э

II

Q (о

Я

С1

«

Я) LA

° Ь

CV

«

4ф

«

СО

«

«3

СЧ I

K Q сс

Р

« о Ф о (о. о а

СS

Э с

С с

1 М

3 3

1 1

1 I

1 I

1 I- I

1 Л 1

V I

1 1

1 СЧ I

1 L

)С

1 D

I

О ( («ф !

1

I а °

I I

«

1

СЧ м

О СЧ

S а

C 6

Е:

Э K ао

g O о s

lmo

m LA

«

mo

Э

Э

СС

РО

I- C 4 о

О Р о у

I

1

1 I

1

1» и а . X

lo с с ш

Я (о о л

СС

I .S

1. X

Щ

Ф

1 Ъ

1 11 m ! m

X о

l 1

3 «) 1

X о

I I

I I о ф 1

I ° Р 1

1 Ф 1

1 Z: 1

Z

Я

m ъ

I»

I()

Ф Z

О о

00

О

C)

СЧ

О

СЧ

СЧ

О

СЧ

v Ф з

R! ) «. I

l!

1v о

И о

О ), О

О

1 . 1

l 1

О 1

1

1

О

О

СЧ I

1.

1.

1

Э

C X

Э (l л

) «

e eu ад, О

СЧ

C) О о

СЧ

X 1 «

1 ъ

30 3 ь

)С

О .l- l D

О ! Ф !

Р И ! 1ие

О СЧ ! X

a)

0 Э

1 с о (О

1 О

I 1Ф v е о с о э

О 13) ;1.1 ! " . 1 1

Ъ 1 У I

Ф 2.3 — — 1

1 . 3

l 1

3 У 1

Э

1 X 1 о

X I У )

l 1 с

Л

1 о

С 1

1 Я l

1 V 1

1 m 1 Х 1

СЧ 1

LA I

«(СЧ 1 I

I

1 1 м !

««

«»

О

СЧ 1! 1 м !

I

I (3 ф

I 1

Л 3

I

СЧ 1

° Р 1

«) iО I!

1

О LA I

iО сО I

«« е т»

1

LA 1

СЧ 1

l 1 л !

I

LA 1! м

3 «

I °

О O О О

CV 1.

СЧ СЧ

o o

- б СЧ

О0 СО

I I

Э

Ф 1 1о а

1 Ф

X

С 1 "

X (о . «)

I, 1

Ф 1 Y

I !

I

1

l

I

1

I !

I

1

I

I

1 1 I 1

I.Э с л

Э Ф

3 -а

I I ! & l

Э

1 Х ) о

У I

С

1 I. о

5 3

1 Я I! I

1 1 ! 1- I

1 Л 1 о

1 I

l СО I

1 C«(1

1 I

I I ! — -3

1 I

1 I

1 ° 3

1 I

1 Л I о

1 I

1 CV I » — —

Ф 1

СЧ !

«(CV I

I!

I ъО CA I

СЧ СЧ I

«, «) ф °

О 1 м !

1 1..

О4 1

CV 1!

3! I

О.

; I. Д".! .43 !

° »

I..Ь. ) .3 (ъ. ! a 1

a o .C4 О

«

К, ) - ф

СЧ CV

О. а сЧ о

l I

927913

Таблица 7

Содержание ионов, мг/л рН

Плотность, кг/и

Общая минерализация,мг/л

1000,95, 6,5 6035 3281 244 381 893 3450 9 10 14284 т

Формула и зоб ретени я

0,25-2,50

О, 015-0, 100,.э

Составитель В, Гришанов

Редактор Н. Горват Техред М. Рейвес Корректор N. Муска

Заказ 3194/42 Тираж 624 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Ю

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

Супероблегченный деноцементный тампонажный раствор, содержащий вяжущее,; жидкость затворения, жидкий и твер!

5 дый эмульгаторы, кольмататбр hop, ре-, гулятор пено- и структурообразйвания и воздух, отличающийся тем, что, с целью обеспечения использования раствора в интервале темперао 20 тур 30-160 С в условиях солевой агрессии, в. качестве вяжущего раствор содержит тампонажный цемент или тампонажную смесь для "горячих" скважин, в качестве жидкости затворения - ми2S нерализованную хлормагниевую воду или минерализованный буровой раствор, в качестве жидкого эмульгатора - сульфонол или жидкие мыла, или термостойкие ПАВ типа полиметилсульфометилент 30 фенолят натрия, в качестве твердого эмульгатора - глинопорошок или высокодисперсные препараты кремнезема, в качестве кольмататора пор - казеиновый порошок или натриевое жидкое стек, о, а в качестве регулятора пенои структурообразования - едкий натр или едкое кали при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.:

Вяжущее . 100

Жид кост ь зат ворения 45-70

Жидкий эмульгатор 0,5-2,5

Твердый эмульга- . тор 2,5-1,2,5

Кольмататор пор 1,0-3,5

Регулятор пенои структурообразования

Воздух

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Данюшевский В.С. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам, М., "Недра", 1973, с.6887.

2. Авторское свидетельство СССР 7263%, кл. E 21 В 33/138, 1977 (прототип).