Тампонажный раствор

 

(72) Авторы изобретения

3. И. Рогоза, Е. Ф. Исакова, В. В. Федоров и В. А. Бунда

Казахский государственный научно — исследовательский и проектный ийстнтут нефтяной промышленности (71) Заявитель (54) ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности, к тампонажным растворам с низкой водоотдачей, применяемым для цементирования скважин различного назначения с забойными геостатическими температурами до 200 С.

Известны тампонажные растворы, содержащие-цемент, воду и различные добавки — понизители водоотдачи и стабилизаторы, в том числе такие как полиакрнламнд, метас и другие сополимеры полиакрнловой кислоты (1).

Недостатками растворов являются: доволь но высокая их водоотдача, низкая термостойкость полимеров (за исключением гнпана) и малая эффективность их применения в минерализованных средах с высоким содержанием полнвалентных катионов.

Наиболее близким к изобретению является тампонажный раствор, включающий цемент, воду, комплексную добавку, содержащую ги20 пан и хромпик в количествах, соответственно

0,1 — 0,6% и 005 — 0,03% от массы цемента. Введение в состав тампонажного раствора хромпи. ка способствует модифщсации молекул гипана за счет окислительно — восстановительных процессов. Это позволяет применять гипан в небольших количествах без ухудшения свойств тампонажного раствора — камня, в том числе при использовании минерапизованиых сред 12).

Недостатком известного раствора являетоя высокая водоотдача.

Целью изобретения является снижение водоотдачи тампонажного раствора.

Поставленная цель достигается тем, что тампонажный раствор дополнительно содержит сульфат железа и сульфат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Цемент 68,6-65,42

Гипан 0,07-0,21

Сульфат железа,0,03 — 0,07

Сульфат натрия 0,34 — 1,40

Вода Остальное

Технология приготовления тампонажного раствора не отличается от общепринятой и включает следующие операции.

991025

В пресной нли минерализованной воде последовательно растворяются сульфаты натрия и железа, а затем гилян в заданных концентрациях. На полученной жидкости затворяют цемент известными способами.

Так как все добавки, входящие в состав тампонажного раствора, хорошо растворимы в воде, то на приготовление жидкости эатворения не требуется существенных затрат времени и средств.

Сочетание сульфатов железа и натрия, как И хромпик в известном тампонажном растворе, играет роль модификатора макромо. лекул гипана. Однако сущность и конечный результат модифицирования в обоих случаях различны. В данном случае при растворении сульфатов в воде сульфат — ионы связывают ионы железа в комплексы состава (Е е (Ь О4), а91

При последующем введении гипана, представляющего собой сополимеры полиакрилата натрия, полиакриламида и попиакрилонитрила в соотношении 8:1:1, происходит реакция замещения молекул воды (ag) и сульфат — ионов во внутренней сфере комплекса железа карбоксильными группами гипана: В результате такого замещения образуются каиественно новые высокомолекулярные хелатокомплексы ипи сшитые железом разветвленные и сетчатые полимеры структуры типа гСООН О .COON a ...-НС- СН -СН вЂ” Сн -Cí -cr-СН,2-СН- Си -...

Я. со о оо

" le NFe

I соо оо

О>, Сй GH -CH -СН -СН-СН -С11-...

GOON О на что указывает окрашивание растворов в сине-зеленый цвет.

Введение в состав тампонажного раствора сульфата натрия обусловлено необходимостью закомплексовать с его помощью катионы Fe+, тем самым защитить гипан от непосредственного их коагулирующего дейсгвия, что выражается в отсутствии коагуляции гипана при введении последнего в раствор, Образующиеся полимерные хелатокомплексы устойчивы к действию поливалентных катионов, содержащихся как в исходной минерализованной воде, так и в продуктах гидратации цемента (гидроокиси Al, Ca, Fe). Это обеспечивает высокую стабильность свойств тампонажного раствора при использовании различных типов

4 цементов. Фильтрация такого раствора, содержащего добавку с разветвленной и сетчагой структурой, протекает оо значительным возрастанием фильтрационных сопротивлений (снижением водоотдачи) за счет кольматации пор и капилляров цементной суспенэии, фильтраМионной корки и фильтра высокомолекулярными хелатокомплексами. Снижение водоот:, дачи известных тампонажных растворов, содер10 жащих гипан с несшитыми, линейными макромолекулами, достигается преимущественно за счет увеличения вязкости жидкости затворения, для чего концентрация гипана должна достигать больших значений.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Как видно из таблицы, предлагаемый тампонажный раствор, содержащий небольшие количества гипана, характеризуется от единиц до десятков раэ меньшей водоотдачей по сравнению с известными при хорошей подвижности.

Наряду с низкой водоотдачей предлагаемый тампонажный раствор образует прочный газонепроницаемый камень. Изменяя содержание сульфата натрия в тампонажном растворе, можно регулировать сроки его схватывания.

Повышенное содержание в жидкой фазе тампонажного раствора сульфат — ионов делает образующийся цементный камень стойким к коррозионному действию пластовых вод с сульфатной агрессией.

Применение предлагаемого тампонажного раствора позволит значительно повысить ка35 чество цементирования скважин и продлить срок их службы за счет предупреждения или сведения к минимуму следующих отрицательных факторов: преждевременное загустевание раствора из — эа отфильтровывания его жидкой 40 фазы в проницаемые пласты, загрязнение продуктивных пластов фильтратом тампонажного раствора, образование фильтрационных переточных каналов в твердеющем растворе— камне, коррозионное разрушение цементного камня в интервалах залегания пластовых вод

45 . с сульфатной агрессией, Только сокРащение Расхода гипана и замена дорогостоящего и дефицитного хромпика на недорогие и доступные сульфаты натрия и железа позволит получить экономический эффект в 20,7 руб. на каждую тонну обрабатываемого цемента.

991025

Составы

Показатели

Компоненты, мас.% цемент шлакопесчаный

68,30 65,42

0,14 0,21

68,60

0,67 — 6,01 глина

0,14 хромпик сульфат натрия

0,34

1,15 14

0,05 0,07 сульфат железа

0,03

30,36 32,9

30,96 вода

Свойства растекаемость по конусу

АэНИИ, см

18 22

20 относительная водоотдача эа 30 мин, при Т=100 С, Р=5,0 МПа, %

11 3

Сульфат железа

Сульфат натрия

Вода

0,03 — 0,07

0,34 — 1,40

Остальное

Источники информации,. принятые во внимание при экспершэе

1. Шадрин Л. Н. Добавки с тампонажным раствором. М., ВНИИОЭНГ, 1970, с. 157.

2. Авторское свидетельство СССР и 179710, к1т. Е 21 В 33/138, 1966 (прототип).

Составитель М. Николаева

Техред. Т.Маточка

Редактор О. Юрковецкая

Корректор Л. Бокшан

Подписное

Тираж 601

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

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

Заказ 85/47

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

Формула изобретения

Тампонажный раствор, включающий цемент, З воду и типам, отличающийся тем, что, с целью снижения водоотдачи, он дополнительно содержит сульфат железа и сульфат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Цемент 68,6 — 65,42

Гипан 0,07 — 0,21

l òI Г

4 5 6 . 7

66,58 68,21 60,06 66,48.

0,13 1,00 0,90 0;14

33,29 30,79 33,03 33,23

Нет 19 18 20

90 65 16 87