Облегченная тампонажная смесь

 

(72) Авторы изобретения

1 ., g "" V.t-.

1 ., Ф . с: .".

Актюбинское отделение Казахского научно — исследовательского, ) геологоразведочного нефтяного института

Н. Х. Каримов, Т. К. Рахматуллин, В. В. Иванов, Л. С. Запорожец, Л. П. Бхай и В. И. Петерс (71) Заявитель (54) ОБЛЕГЧЕННАЯ ТАМПОНАЖНАЯ СМЕСЬ

Изобретение относится к глубокому бурению, в частности к составам, предназначенным для цементирования нефтяных и газовых скважин.

На больших глубинах встречаются интервалы с аномально низкими llJlscroBblMM давлениями, перекрытие которых требует применения облегченных тампонажных смесей.

Известен облегченный цемент, содержащий портландцемент и стеклянные шарики в количестве 10 — 20% or веса портландцемента или керамические шарики в количестве 40 — 60% or веса портландцемента (1).

Для предотвращения поломки шариков во время приготовления облегченного цементного раствора и последующей его закачки в скважину добавляется обезвоженный метасиликат натрия в количестве 0,5 — 2% от веса портландцемента.

Шарики с метасиликат натрия добавляются в сухой цемент.. Таким образом, можно после затворения водой получить цементный раствор

20 с плотностью меньше, чем 1,2 г/смэ. Кроме того, для получения низкой плотности раствора предлагается вводить 145% воды (от веса цемента), что значительно повышает пористость цементного камня, снижает прочность и стойкость в агрессивных средах.

Однако, так как цементный раствор заканчивается под давлением до 1000 кгс/см, т. е.

4 на глубину, где имеются поглощающие, горизонты, шарики разрушаются. (Они рассчитаны на давление 70 — 176 кг/см ). При разрушении шариков плотность цементного раствора неизбежно будет повышаться и весь эффект облегчения пропадает. Кроме того, шарики могут разрушаться в процессе приготовления раствора за счет механического воздействия прн смешивании и прокачке через насосные агрегаты.

Известна также облегченная тампонажная смесь на основе тампонажного цемента и облегченной добавки, в качестве которой используются газонаполненные микробаллоны, которые получают из смол. Они имеют плотность 0,16 г/смэ и 0,42 г/см в зависимости

От смолы, из которой их получают: фенолформальдегидной и мочевиноформальдегидной.

Введение 5 — 10% микробаллонов от массы цемента способствует снижению плотности раст

3 956754 я, ра до 1,33 — 1,21 г/см при водосмесевом отношении 0,5 — 0,65 (2).

Однако при добавлении к тампонажному цементу облегченной добавки — микробаллонов с плотностью О,1 — 0,25 г/смз в нормальных условиях образуется тампонажный раствор, который схватывается в течение 10 ч, а цементный камень приобретает малую прочность. Для ускорения твердения требуется введение ускорителя, например хлористого каль- 1я ция, но это снижает реологические свойства раствора. К тому же при давлении более

150 кгс/см микробаллоны разрушаются и эффект облегчения пропадает.

Цель изобретения — улучшение качества

1S смеси за счет повышения облегчающих и прочностных свойств.

Указанная цель достигается тем, что облег-. ченная тампонажная смесь в качестве облегчаю,щей добавки содержит пенопластовую крошку с размером фракции 1,5-2 мм при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Пенопластовая крошка 2 — 3

Тампонажный цемент Остальное

При плотности тамйонажного цемента, равной 3,14 г/см введение облегчающей добавки с плотностью 0,06 г/см обеспечивает при водоцементном отношении 0,5 получение тампонажного раствора с плотностью 1,30 г/см при 2% добавки и 1,20 г/смз при 3%.

Водосмесевое отношение сохраняется в пределах общепринятых по технологии приготовления тампонажных растворов, что обеспечивает получение цементного камня с достаточно высокой прочностью и сохраняет плотную структуру цементного камня.

Облегчающая добавка представляет собой пенопластовую крошку с жестким каркасом, внутри которого защемлен воздух. Жесткий каркас частиц обеспечивает прочность в усло виях высоких давлений, а наличие защемлен. 40 ного воздуха — плотность крошки 0,06 г/см .

Мелкопористая структура пенопластовых крошек в сочетании с жесткостью каркаса предотвращает попадание воды внутрь частицы и; обеспечивает надежность облегчающего зффек- 4$

4 та. Понижение плотности достигается за счет того, что пенопластовая крошка водонепроницаема и при низкой плотности обуславливет значительное увеличение объема тампонажного раствора.

Введение в тампонажную смесь пенопластовой крошки в количестве менее 2 вес.% не дает видимого снижения плотности: она снижается в пределах 1,68 — 1,7 г/см . Введение в тампонажную смесь пенопластовой крошки в количестве более 3 вес.% дает резкое снижение прочности, особенно при нормальной температуре.

Пенопластовая крошка в химическом отношении является инертным наполнителем.

Введение в тампонажную смесь пенопластовой крошки с размером меньше 1,5 мм приводит к увеличению удельной поверхности. В связи с этим увеличивается водопотребность, в результате чего повышается пористость образующегося цементного камня. Кроме того, сама пенопластовая крошка, измельченная до такой фракции способствует образованию в цементном камне множества сообщающихся между собой микропор, что снижает прочность.

Введение в тампонажную смесь пенопластовой крошки с размером более 2 мм способствует образованию крупнозернистой струк гуры, что приводит к повышенной проницаемости цементного камня. Использование крошки такого размера в объеме тампонажной смеси препятствует образованию связанного каркаса и процессе структурообраэования. Крошки пенопласта остаются крупными порами, которые нс зарастают кристаллическими новообразованиями и создают разрыв между участками тверлой фазы, особенно когда несколько крошек располагаются рядом. Это приводит к значительному снижению прочности. Поэтому для приготовления указанной смеси необходимо использовать пенопластовую крошку размером 1,5 — 2 мм.

Для получения облегченной тампонажной смеси, исхоця из технологических требований, проверялись конкретные составы смеси в соотпошениях, по пречлагаемому изобретению и при различных значениях, вес% (см. табл. 1) .

Таблица 1

Тампонажный цемент

100

100 100

1 5

Пенопластовая крошка и равномерное их распределение по объему там

SS тампонажной смеси.

Тампонажный цемент и пенопластовую крошку подают в точном соотношении, обеспечиваемом дозирующим устройством, в дезинтсгратор, работающий на мягком режиме

{30 — 40 м/с скорость соударения частиц), по обеспечивает сохранность пенопластовых частиц В табл. 2 сведены показатели, характеризующие плотность конкретных сос авов i,:lelченных тампонажных смесей.

956754

Таблица 2

Температура С

)Состав облегченной тампонаж ной

Плотнность

Технологические параметры облегченной тампонажной смеси

Прочность, кгс/см

Сроки схваты ваиия, ч, мин при давлении. 300 кгс/см конец сжаизгиб часмеси тампонажный цемент тне рас- плоттека- сть, емость г/см пенопласВ товая! крошка

140

6-05 7 — 10 28 39

0,5 18 1,30 22

0 5 18 1,30 75

2-55 4-20

36 44

1,40

0 55 16 1,20 22

0,55 16 1,20 75

0,5 20 1,68 22

1,7

6 99 l

1,7

0,5 20 1,68 75

0,6 !6 1,15 22

0,6 16 1,15 75

1,25

7-20 9-30

7 96 4

8 96 4

9 95 5

4 — 15 6-10 16 22

1,25

1,15

10-10 21 — 00

1 3

0,65 15 ),05 22

),15

0 65 15 1,05 75 6-15

3 5

9 — 15

10 95 5

Таким образом, из табл. 2 видно, что в пределах по предлагаемому изобретению (пенопластовая крошка — 2-3 вес.% и тампонажный цемент,— остальное до )00 вес%) облегченная тампонажная смесь имеет низкую плотность при высоких прочностных качествах.

40 В табл. 3 отражено влияние размера пенопластовой крошки на плотность и прочность цементного камня. Данная тампонажная облегКЧР пп

Прочность через 2 сут твердения, кгс/смз

Состав облегченной тампонажной смеси, вес.%

Плотность,,/ 3

В/Ц на изгиб при

C на сжатие прн С тамно- пенопласнажный товая цемент крошка

22 75

22 75

0,6, 1,6 17. 2) 23

1,04

1 98

2 97

0,65 1,45 8 11 15

l,04

28 36 39

0,5 1,3

1,5 — 2,0

1 98 2

2 98 2

3 97 3

4 97 3

5 99 1

Ример фракции неноплас. товой крошки, мм

6-30 8 — 10 14 18

3 — 10 4-40 30 42

5 — 55 6 — 40 26 38

2 — 30 3 — 40 . 40 60 ченная смесь имеет плотность 1,2 — 1,3 г/смз.

Благодаря наличию такой добавки состав обладает закупоривающими свойствами, так как пенопластовые крошки, попадая в паровые каналы поглощающего пласта, закрывают их.

Из-за того, что количетсво добавка мало, она (тампонажная смесь),имеет более короткие сроки схватывания (в пределах обычных портландцементов) .

Таблица 3

956754

7 Продолжение табл. 3

1,5-2,0 0,55 1,3 14 30 18

4 97 3

2,5 и 045 . 1,7 25 33 31 более

0,5 1,52 16 21 27

5 98

6 97 3

Составитель В. Никулин

Техред М. Коппура

Редактор И. Касарда

Корректор Н. Король

Тираж 623

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам. изобретений и открытий.

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

Ф

Заказ 6548/15

Подписное

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

Благодаря закупоривающим свойствам там20 понажнои смеси имеется возможность проводить цементирование без предварительных изоляционных работ.

Облегченная тампонажная смесь имеет хоро.шие реологические свойства.

Формула изобретения

Облегченная тампонажная смесь на основе тампонажного цемента и облегченной добавки, :отличающаяся тем, что, с целью улучшения качества за счет повышения облегчающих и прочностных. свойств, в качестве облегчающей добавки она содержит пенопластовую крошку с размером фракций 1,5 — 2 мм при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Пенопластовая крошка 2 — 3

Тампонажный цемент Остальное

Источники инофрмации, .принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США N4 3804058, кл. 166-292, опублик. 1974.

2. Крылов В. И. Изоляция поглощающих пластов в глубоких скважинах. М., "Недра", 1980, с. 132 — 134 (прототип) .