Облегченный тампонажный материал

 

Союз Советских

Социапистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ti 949158 (6l ) Дополнительное к авт. саид-ву— (22)Заявлено 23.10.80 (21) 3213126/22-03 с присоединением заявки J4— (23) Приоритет (5! )М. Кл.

E 21 В 33/138

9кударетеенный «емнтет

СССР ло делам изобретений и открытей (53) УДК 622.245. .42(088.8) Опубликовано 07. 08. 82. Бюллетень № 29

Дата опубликования описания 07. 08. 82

Ю. С. Кузнецов, В. И. Кравцов, И. P. И

В. П. Овчинников, ф. А. Агзамов, В. С. и Б. К. Челомбиев (72) Авторы изобретения

Уфимский нефтяной институт и Иосковски

Революции и ордена Трудового Красного нефтехимической и газовой промышленнос (7l ) Заявители (54) ОБЛЕГЧЕННЫЙ ТАМПОНАЖНЫЙ МАТЕРИАЛ

5-15

20-50

30"70

Изобретение относится к бурению, а именно, к составам для крепления нефтяных и газовых скважин.

Для цементирования высокотемпературных нефтяных и газовых скважин, в

5 разрезе которых встречаются пласты с низкими градиентами давления разрыва, аномально низкими пластовыми давлениями, и т. и., необходимо применять облегченные тампона>нные материалы.

Для этих целей известны тампонажные цементы, состоящие из тампонажного портландцемента и облегчающей добавки, в качестве которой могут быть использованы, в вес.3:

Бентонитовый глинопорошок

Диатомит

Трепел, опока

Добавки вулканического происхождения (вспученный перлит, вулканический пепел, туфы) 5-20

Карбонатные добавки (известняк, мел) До 50 (11.

Общим недостатком указанных тампонажных материалов является их малая прочность, высокая проницаемость, которая обусловлена большим водосодержанием цементных растворов, за счет которого и достигается снижение плотности.

Известны. облегченные тампонажные материалы {растворы), имеющие при равной плотности значительно меньшее водосодержание, содержащие в качестве облегчающей добавки газонаполнен ные капсулы - полимерные микробаллоны. Тампонажные растворы с этими добавками в силу значительно меньшего водосодержания имеют при равной плотности значительно большую прочность(2).

Их недостаток - низкая прочность оболочек газонаполненных капсул. Они не выдерживают высокого гидравлического давления и лопаются, в результате чего плотность цементного раство94,9158

3 ра резко повышается и он быстро загустевает. Кроме того они имеют низкую седиментационную устойчивость и для предотвращения всплывания капсул в состав раствора вводятся специальные структурирующие добавки, например, в виде бентонита.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является облегченный тампонажный матери- 10 ал с гранулами вспученного аргиллитового песка в качестве облегчающей добавки (3.1. Известный тампонажный материал имеет такой состав: в вес.4:

Вяжущее вещество

15 портландцемент 50

Облегчающая добавка в виде пористых обожженных глиняных гранул вспученный аргиллитовый песок 45

СтабилизирУющая добавка - бентонитовая глина 5

Гранулы вспученного аргиллитового песка имеют значительно большую прочнссть и выдерживают гидравлическое давление выше 100 мПа, и такие тампонажные материалы можно применять для цементирования глубоких скважин.

Недостатком таких тампонажных материалов, содержащих аргиллитовый песок, как и у известных, является низкая седиментационная устойчивость.

Из-за избытка воды, которую необходи- З мо вводить в состав тампонажного материала для обеспечения его подвижности, устойчивость раствора оказывается недостаточной. В зависимости от величины кажущегося удельного веса гранул 40 вспученного аргиллита (он колеблется в пределах 0,9-2,2 г/см 3 в зависимости бт степени вспучивания и размера гранул), они либо всплывают, либо осаждаются из тампонажного раствора. 4

Происходит также заметное водоотделение. Для устранения этого недостатка в тампонажный материал приходит ся вводить стабилизирующую добавку, например, в виде бентонитовой глины.

Это усложняет процесс приготовления тампонажного материала и ухудшает такие его свойства, как прочность и термостойкость образующегося тампонажного камня. 55

Цель изобретения — повышение прочно:ти и термостойкости образующегося иэ него камня.

Указанная цель достигается тем, что облегченный тампонажный материал в качестве вяжущего вещества содержит обожженный твердый остаток содового производства при следующем соотношении компонентов, в масс.Ж:

Пористые обожженные глиняные гранулы 40-65

Обожженный твердый остаток содового производства 35-60

Пределы содержания компонентов заданы с расчетом на гарантированное образование в процессе твердения при повышенных температурах низкоосновных гидросиликатов и гидроалюминатов кальция, чтобы к моменту завершения химических реакци" не содержалось большого количества не вступившей в реакцию глинистой фазы.

Таким образом, при содержании порис тых обожженных глиняных гранул менее

403 не может быть гарантировано получение низкоосновных гидросиликатов и гидроалюминатов кальция.

При содержании пористых обожженных глиняных гранул более 651 излишне большая часть их массы остается не вступившей в реакцию, что снижает прочность образующегося камня.

Обожженный твердый остаток содового производства содержит в своем составе аморфизированный гидроксид кальция, образовавшийся в результате медленной гидратации на воздухе продукта обжига оксида кальция. Такой гидроксид кальция обладает высокой удельной поверхностью и способностью к структурообразованию в водном растворе. Суспензия гидроксида кальция обладает высокой тиксотропией, что обеспечивает с одной стороны высокую подвижность тампонажного раствора на основе обожженного твердого остатка содового производства в процессе перемешивания и высокую седиментационную устойчивость в покое. В сочетании с пористыми обожженными глиняными гранулами обожженный твердый остаток содового производства образует систему с высокими вяжущими свойствами из-за реакций химического взаимодействия между гидроксидом кальция и другими высококальциевыми компонентами обожженного твердого остатка содового производства и кислыми алюмосиликатными веществами, содержащимися в продуктах обжига глинистых пород. Поэтому при

5 9491 эатвердевании тампонажный материал содержащий обожженный твердый остаток содового производства и пористые обожженные глиняные гранулы, имеет

6 повышенную прочность и термостойкость.5

Для получения облегченного тампонажного материал6, исходя из технолоt гических требований, проверялись конкретнже составы тампонажного материала (табл. 1). 1О

Таблица 1

Пористые обожженные глиняйыв гранулы, масс. 4

40 15

50

Обожженный твердый остаток содового производства, масс.Ф

50

Облегченный тампонажный материал получают смешением тонкоизмельченного обожженного твердого остатка содового производства с пористыми обожженными глиняными гранулами, размер которых выбирают от требуемого снижения плотности тампонажного раствора: чем мельче гранулы, тем ниже их обТаблица 2

Обожженный T Bp. дый оста нулы ток со дового Вспученпроиз- ный арводства гилит

Условия испытаний

Плотность, г/см Э

Коэффициент водоотделения

Предел прочности при изгибе в возПористые обожженные глиняные граВодоцемент. ное отТемпература, С

Давление Р, мПа расте одних суток мПа ношеКерамзит ние

3,85

40

0,55 1,55 0,6 130

0,55 1,60 0,8 130

0,55 1,51 0,6 180

40

4,25

4,84

40

0,55 1,60 0,8 180

5,00

40

0,6 1,44 0,65 130

3,12

0,6 1,57 0,7

40

3,93

130

4,47

0,6 1,44 0,65 180

40

Состав материала, масс;

58 6 легчающая способность. Затем смесь известным способом затворяют водой.

Полученные тампонажные материалы имеют технологические параметры, представленные в табл. 2.

Рекомендуемая температурная область применения данного облегченного тампонажного материала - глубокие скважины с температурой в интервале цементирования выше 80оС.

Облегченный тампонажный материал имеет хорошие технико-экономические характеристики, так как имеет высокую прочность и термостойкость, а также в его составе используются недорогие, недифицитные материалы (обожженный твердый остаток содового производства готовится на базе промышленных отходов, не теряет своих свойств при хранении, не слеживается, хорошо смешивается с водой при затвердении).

Дополнительным преимуществом данной композиции, по сравнению с известной является меньшая разница в плотности между вяжущим веществом (обожженным твердым остатком содового производства) и пористыми обожженными глиняными гранулами, что обеспечивает сохранение равномерности распределения гранул по объему раствора.

949158

Продолжение табл. 2

Условия испытаний

Коэффициент водоот деления

Предел прочности при изгибе в возрасте одних суток, мПа лотость, /смЭ

Пористые обожженные глиняные гранулы

Водоцементное отношение

Обожженный твер дый оста ток содового производства Температура, С

Давление Р, мПа

Вспучен- Керамзит ный аргилит

1,57 0,7 180

0,6

40

4,85

40

0,55 1,58 0,75 130

0,65 1,40 1,2 . 130

5,12

70

2,24

065 151 1,3 180

70

0,55 1,61 0,8 . 130

0,55 1,58 0,75 180

0,55 1,61 0,8 180

0,6 1,57 0,7 130

40

40

40

60

1 6 0 8 130

40

0,6

0,6

60

5,34

l,57 0,7 180

0,6

40

1,6 08 180

0,55 1,53 0,8 130

50

0,55 1,6 0,75 130

0,55 1,53 0,8 180

0,55 1,6 0,75 180

50

50

50

50 l,52 0,8 130

1,58 0,9 130

1,52 0,8 180

1,58 0,9 180

0,6

0,6

50

0,6

50

0,6

50. ч а ю шийся тем, что, с целью

55 повышения прочности и термостойкости образующегося из него камня, в качестве вяжущего вещества содержит обожженный твердый остаток содового

Формула изобретения

Облегченный тампонажный материал, включающий вяжущее вещество и облегчающую добавку в виде пористых обожженных глиняных гранул, о т л и

Состав материала, масс. Ф

40 3,61

40 5,68

40 5,79

40 5,95

40 "4, 78

40 5,23

40 5,78

40 4,96

40 5,17

40 5,44

40 5 93

40 4,71

40 5,03

40 5,29

40 5,64

9491

Составитель В. Гришанов

Редактор С. Запесочный Техред М.Надь Корректор Н. Король

Тираж 623 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 5720/14

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 производства при следующем соотношении компонентов, мас.Ф:

Пористые обожженные глиняные гранулы 40-65

Обожженный твердый.

5 остаток содового производства 35-60

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Данюшевский В. С. Проектирова- 10 ние оптимальных составов тампонажных цементов.М.,"Недра",1978,с.55-61.

58,10

2. Каримов Н. Х. и др. Тампонажные смеси для скважин с аномальными пластовыми давлениями. М., "Недра", 1977, с. 54-56.

3. Перенглиев А. Б. и Какаджа" нов Г. В. Новые облегченные термо- и коррозионностойкие тампонажные смеси. - Вопросы развития нефтегазодобывающей промышленности. Туркменистан, Ашхабад., ПО "Туркменнефть", 1974, с. 58-61 (прототип).