Способ приготовления тампонажного раствора

 

СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА путем смешения порт ландцемента с хризотиловым асбестом, бентонитомJ декстрином и водой, отличающийся тем, что, с целью понижения плотности тампонажного раствора, повьшюния прочности образующегося при твердении цементного камня и упрощения технологий приготовления тампонажного раствора, сначала готовят путем гидродинамической активации 2-4%-ный бентонитовый раствор в который затем добавляют хризотиловый асбест в сухом виде или в виде, суспензии в количестве от 2 до 20% от массы портландцемента и после перемешивания приготовленной суспензии смеси до однородного состояния за- i творяют на ней портландцемент.

СОЮЗ СОЕГТСНИХ

UHVNIIIN

РЕСПУБЛИН

09) 01) 4(51) Е 21 В 33/138

М.;;;,.«);и д

1, м) р;,. J

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABT0PCHONtY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПС ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГПФ (21) 3465598/22-03 (22) 05.07.82 (46) 30.01.85 Бюл. К 4

i(72) Н.N.ÕàñàHîâ, А.Н.Курбанов и С.М.Баш (71) Среднеазиатский Государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышпенностн.

"СРЕДАЗНИПИНЕФТЬ" (53) 622.245.42(088.8) (56) 1. Данюшевсний В.С. и др. Снравочное руководство по тампонажным материалам. М., "Недра", 1973, с. 69 °

2. Патент США В 3557876, кл. 166-292, опублик. 1971.

3. Авторское свидетельство СССР .Ф 909122, кл. Е 21 В 33/138, 1980 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА путем смешения порт".. ландцемента с хризотиловым асбестом бентонитом лекстрином и водой, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью поннхения плотности тампонахного раствора, повышения прочности образующегося при твердении цементного камня и упрощения технологии приготовления тампонахного раствора, сначала готовят путем гидродинамической активации 2-4Х-ный бентонитовый раствор в который затем добавляют хризотиловый асбест в сухом виде или в виде суспензия в количестве от 2 до 20Х от массы портландцемента и после ne- ® ремешивания приготовленной суспензии ® t смеси до однородного состояния затворяют на ней портландцемент.

1 113

Изобретение относится к бурению, а именно к получению тампонажных растворов.

Известны способы получения тампонажных растворов пониженной плотности путем введения в цементный раствор минерального облегчающего или высоководопотребного компонента — опоки, бентонита, мела, золы f1) .

Известен способ получения тампонажного раствора путем добавления в буровой раствор гидроокиси щелочного металла, окиси кальция P) .

Однако в условиях скважины смешивание бурового раствора с цементирую- 15 щим веществом неполное и твердение происходит преимущественно лишь в зоне смешивания,в основном в поверхностных слоях с. образованием корки. В реЛ зультате этого плотность и прочность затвердевшего цемента по объему получается неоднородной.

Наиболее близким к изобретению является способ получения тампонажнога раствора путем предварительного приготовления суспензии бентонита и асбеста плотностью 1,04-1,10 г/см с концентрацией каждого компонента

2-5 вес.7 от общего веса тампонажного раствора и соотношении их 1:1, 30 после чего не менее, чем через сутки затворяют на полученной суспензии цемент с одновременным введением раствора декстрина и дополнительно бентонита и асбеста, причем последние берут соответственно в количестве

0,1-0,3, 4-13 и 1 — 4 вес.Ж от общего веса тампонажного раствора f3) .

Недостаток этого способа — необходимость предварительного приготовления суспензии бентонита и асбеста, при котором как минимум сутки должны быть заняты перемешивающие емкости.

Кроме того, длительное время — не ме-. нее суток — должно производиться перемешивание, в результате чего непроиз-45 водигельно загружаются емоксти и дополнительно затрачивается энергия, К тому же длительное перемешивание суспензии белтонита и асбеста приводит к повьппенной водоудерживающей способности частиц, что в дальнейшем приводит к черезмерному водосодержанию цементного раствора и понижению механической прочности образующегося при твердении цементного камня. 55

Цель изобретения — понижение плот ности тампонажного раствора, повышение прочности образующегося при твер

7183 1 денни цементного камня и упрощение технологии приготовления тампонажного раствора.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу приготовления тампонажного раствора путем смешения портландцемента с хризотило вым асбестом, бентонитом, декстрином и водой, сначала готовят путем гидродинамической активации 2-4Х-ный бентонитовый раствор, в который затем добавляют хризотиловый асбест в сухом виде или в виде суспензии в количестве от 2 до 20Х от массы портландцемента и после перемешивания приготовленной суспензии смеси до однородного состояния затворяют на ней портландцемент.

Как известно, применение цементнобентонитовых тампонажных растворов ограничено температурой 80-90 С. Одо нако при добавлении в цементно-бенToHHToBbIA раствор асбеста, температурный диапазон применения такого тампонажного раствора существенно расширяется в сторону более высоких температур. Положительная роль асбеста обусловлена его способностью адсорби. ровать бентонит и при затвердевании тампонажного раствора армировать цементный камень, улучшать его вязкоупругие характеристики, повышать деформативность и трещиностойкость в условиях динамических и вибрационных нагрузок.

Бентонитовый глинопорошок затворяется водой и подвергается гидродина.мической диспергации в гидродинамическом активаторе, например, типа

ГДА-1 института коллоидной химии и химии воды АН УССР.

При наличии минерализованной воды для предотвращения ухудшения диспергации глинистых частиц предусматривается добавление реагентов для смяг— чения жесткэсти, например карбоната натрия или тринатрийфосфата. Длительность обработки, необходимой для диспергации бентонитового глинопорошка, определяется числом циклов при такой обработке. Оно зависит от температуры воды и качества бентонитового порошка,его дисперсности и состава.

Так, для приготовления бурового раствора с диспергированной глинистой фазой из бентонитового глинопорошка, представленного палыгорскитом (аттапульгитом), с условной

3 1137 вязкостью 25-30 с по воронке истечения СПВ-5 и при наличии давления на входе активатора 10 .кгс/см требует- . ся следующая длительность обработки в зависимости от температуры воды затворения: при температуре воды за5 творения 10 С вЂ” 10-12 циклов; при о температуре воды затворения 25 C—

8-10 циклов; при температуре воды

50 С вЂ” 6-8 циклов.

С повышением температуры воды затворения от 10 до 50 С длительность диспергации частиц глинистой фазы существенно сокращается.

В производственных условиях

15 при рабочем давлении на входе активатора 140-200 кгс/см длительность активации палыгорскитового раствора при температуре воды затворения о

20-25 С сокращается до 2-3 циклов, 20 что дает существенные преимущества по сравнению со способом-прототипом и исключает предварительное затворение.

После проведения диспергации бен,тонитбвого раствора в него добавляет25 ся хризотиловый асбест в, количестве от 2 до 20Х от веса портланцемента либо приготовленный бентонитовый раствор перемешивается с приготовленной асбестовой суспензией, количество хризотилового асбеста в которой составляет от 2 до 20Х от веса портландцемента.

После перемешивания приготовленной суспензии до однородного-состояния наЭ5 ней затворяют расчетное количество портландцемента.

Для контроля содержания хризотилового асбеста в суспензии составляется табл. 1 зависимости содержания асбес- 40 та от плотности асбестовой суспензии и с помощью ариометра и пикнометра осуществляется контроль.

Пример 1. К 2000 мл питьевой воды добавлялось 60 г бентонита 45 . (37-ный раствор) Махарадзевского месторождения (ГССР), затем дисперга. цию бентонита в растворе проводили в десятикамерном гидродинамическом активаторе типа ГДА-1. Рабочее давление на входе 10 кгс/см, перепад давления 5 кгс/см.

При температуре окружающей среды

25 С для получения высокой диспергации бентонита в растворе было произведено 10 циклов, после чего в раствор добавлялось 61,6 г хризотилового асбеста 7 сорта (2X от веса

183 4 расчетного количества портландцемен та) и вся суспензия перемешивалась лабораторной лопастной мешалкой до однородного состояния, после чего добавлялось 6 г декстрина (0,27. от веса расчетного количества портланд-. цемента) и на суспензии затворялось

3012 r портландцемента Кувасайского цементного комбината МПСМ УЗССР.

Водосодержание приготовленного тампонажного раствора составляло 65Х, а растекаемость его на конусе

АзНИИ 22 см. Плотность такого растворапо ариометру 1,65. г/см. Стабильность раствора 0,01 г/см при водоот9 стое 07..

Испытания, проводившиеся в консистометре КЦ-3 системы ВНИИКАнефтегаза

О

Ф при 100 С (давлении 500 кгс/см ), показали, что время загустевания раствора составило 2 ч 45 мин).

Механическая прбчность определялась на приборе МИИ-100 и гидравлическом прессе ПГ-100. В двухсуточ-ном возрасте механическая прочность на изгиб и сжатие составила соответственно 52,5 и 160 кгс/см

Пример 2. К 2000 мл питьевой воды добавлялось 60 г бентонита (37-ный раствор) Махарадзевского месторождения (ГССР), затем диспергацию бентонита в растворе проводили в десятикамерном гидродинамическом активаторе типа ГДА-1. Рабочее давление на входе 10 кгс/см, перепад давления

5 кгс/см. о

При температуре окружающей среды

25 С для получения высокой диспергации, бентонита в растворе было произведено 10 циклов,.после чего в раствор добавлялось 275 r хризотилового асбеста

7 сорта (11Х от веса расчетного количества портландцемента) и вся, суспенI зия перемешивалась лабораторной лопастной мешалкой до однородного состояния, после чего добавлялось 10.r декстрина (0,4Х от веса расчетного количества портландцемента) и на суспензии затворялось 2215 r портландцемента Кувасайского цементного комбината МЕСМ УЗССР.

Водосодержание приготовленного тампонажного раствора составляло 80Х, а растекаемость.на конусе АзНИИ 20 5 см.

У °

Плотность такого раствора по ариометру 1,52 r/см Стабильность раствора 0,01 г/см при водоотстое 1Х. .Испытания, проводившиеся в aweacтометре КЦ-3 системы ВНИИКАнефтегаза, при 120 С (давление 600 кгс/cM ), 5 113 показали, что время загустевания раствора составило 3 ч 20 мин.

Механическая прочность определялась на приборе МИИ-100 и гидравлическом прессе НГ-100. В двухсуточном возрасте механическая прочность на изгиб и сжатие составила соответствен но 31 и Й кгс/см .

Пример 3. К 2000 мл питьевой воды добавлялось 60 г бентонита (ЗЖ-ный раствор) Махарадзевского месторождения (ГССР), затем диспергацию бентонита в растворе проводили в десятикамерном гидродинамическом активаторе типа ГДА-1. Рабочее давление на входе 10 кгс/см, перепад давления

5 кгс/см. При температуре окружающей среды 25 С для получения высокой дис. пергации бентонита в растворе было произведено 10 циклов, после чего в раствор добавлялось 364 г хризоти". лового асбеста 7 сорта (207. от веса расчетного количества портландцемента) и вся суспензия перемешивалась лабораторной лопастной мешалкой до однородного состояния, после чего добавлялось 11 г декстрина (0,67 от веса расчетного количества портландцемента) и на суспензии затворялось 1820 г портландцемента Кувайс; когш цементного комбината МПСМ УЗССР.

Водосодержание приготовленного тампонажног о раствора составило 110, а растекаемость его на конусе АзНИИ

23,5 см. Плотность такого раствора по ариометру 1,40 г/см. Стабильность.35 раствора 0,02 г/см при водоотстое

2Ж.

Испытания, проводившиеся в консистометре КЦ-3 системы ВНИИКАнефтегаза, при 140 С (добавление 700 кгс/см)4О

0 4О показали, что время загустевания раствора составило 4 ч 10 мин. г фф

Механическая прочность опреде лялась на приборе МИИ-100 и гидрав- 45 лическом прессе ПГ-100. В двухсуточном возрасте механическая прочность на изгиб и сжатие составила соответственно 14 и. 38 кгс/см, Пример 4. К 2150 мл питьевой 50 воды добавлялось 80 r бентонита . (4X-ный раствор Иахарадзевского месторождения (ГССР), затем диспергащюю бентонита в растворе проводили в десятикамерном гидродинамичес- 55 ком активаторе типа ГДА-1. Рабочее давление на входе 1 МПа,,перепад давления 0,5 МПа.

7183 Ь

При температуре окражующей среды о

25 С для получения высокой днспер- гации бентонита в растворе было произведено 12 циклов, после чего в раствор добавлялось 61;8 г хризоти- 1 лового асбеста 7 сорта марки "7-450" (27 от массы расчетного количества портландцемента) и вся полученная суспензия перемешивалась лобараторной лопастной мешалкой до однородного состояния, после чего добавлялось 9 г декстрина (0,37. от массы расчетного количества портландцемента) и йа полученной суспензии затворялось 2866 г портландцемента Кувасайского цементного комбината

NIICN УЗССР. Водосодержание приготовленного тампонажного раствора сос-тавляло 75Х, а растекаемость его на конусе АзНИИ 20 см. Плотность такого раствора по ариометру 1600 кг/м.

Стабильность раствора 10 кг!м при водоотстое OX.

Испытания, проводившиеся в консистометре КЦ-3 системы ВНИИКАнефтегаза, при 120 С (давление 60 МПа), показали, что время загустевания раствора составило 3 ч 10 мин.

Механическая прочность определялась на приборе NHH — 100 и гидравлическом прессе ПГ-100. В двухсуточном возрасте механическая прочность на изгиб и сжатие соответственно составила 4,4 и 13,5 Niia.

Пример 5. К 2150 мл питьевой воды добавлялось 80. r бентонита (47-ный раствор) Махарадзевского месторождения (ГССР), затем диспергацию бентонита в растворе проводили в десятикамерном гидродинамическом активаторе типа ГДА-1. Рабочее давление на входе 1 МПа, перепад давления 0,5 Ипа.

При температуре окружающей среды

25 С для получения высокой диспергации бентонита в растворе было произведено 12 циклов, после чего.в раствор добавлялось 249 г хризотиловаго асбеста 7 сорта марки "7-450" (1iX- от массы расчетного количества портландцемента) и вся полученная суспензия перемешивалась лобараторной лопастной мешалкой до однородного состояния, после чего добавлялось

11 г декстрина (0,5Х от массы рас четного количества портландцемента) .и на полученной. суспензия затворялось

2260 г портландцемента Кувасайского цементного комбината МПСМ УЗССР, 1137183

Водосодержание приготовленного тампонажного раствора составляло

957, а растекаемость. на конусе АзНИИ

21 см.

Плотность такого раствора по ари5 ометру 1460 кг/м . Стабильность раствора 10 кг/м при водоотстое 0,5Х.

Испытания, проводившиеся в консистометре КЦ-3 системы ВНИИКАнефтегаза, при 130 С (давление 65 МПа), поо казали, что время загустевания раствора составило 3 ч 35 мин.

Механическая прочность определялась на приборе МИИ 100 и гидравлическом прессе ПГ 100. В двухсуточном возрасте механическая прочность на изгиб и сжатие соответственно составляла 2,85 и 5,5 МПа.

Пример 6. К 2 150 мл питьевой воды добавлялось 80 r бентонита

20 (4g.— íûé раствор) Махарадзевского месторождения (ГССР), затем диспергацию бентонита в растворе проводили в десятикамерном гидродинамическом активаторе типа ГДА-1. Рабочее давле- 25 ние на входе 1 МПа, перепад давления 0,5 МПа.

При температуре окражующей срео ды 25 С для получения высокой диспергации бентонита в растворе было произведено 12 циклов, после чего

30 в раствор добавлялось 344 г хризотилового асбеста 7 сорта марки "7-450" (207 от массы расчетного количества портландцемента) и вся - приготовленная суспензия перемешивалась лабораторной лопастной мешалкой до однородного состояния, после чего до бавлялось 11 r декстрина (0,6Х от массы расчетного количества портланде цемента) и 3,5 г хромпика (0,2% от 4О массы расчетного количества портланд. цемента), затем на полученной суспензия затворялось 1720 г портландцемента Кувасайского цементного комбината МПСМ УЗССР.

Водосодержание приготовленного тампонажного раствора составляло

125Х, а растекаемость его на конусе АзНИИ 20 см.

S0

Плотность такого растворапо арио- метру 1380 кг;м. Стабильность,раст! 3 вора 15 кг/м при водоотстое 1,5%.

Испытания, проводившиеся в консистометре КЦ-3 системы ВНИИКАнефте- 55

1 О

rasa, при 150 С (давление 75 МПа), показали, что время загустевания раствора составило 3 ч 55 мин.

Механическая прочность определялась на приборе МИИ-100 и.гидравлическом прессе ПГ-100, В двухсуточ" ном возрасте механическая проч- ность на изгиб и сжатие соответственно составила 1,15 и 2,9 МПа, В табл.2 приведены данные о приготволении тампонажного раствора предлагаемым способом и прототипом.

Повышение концентрации бентонита с 2 до 4 мас.7 увеличивает водосодер. жание тампонажного раствора и понижа ет его плотность. В этом отношении и бентонит, и хризотил-асбест обладают аддитивностью, т.е. действуют в желаемом направлении, увеличивая во" допотребность и снижая плотность раствора.

Поставленная цель хризотил-асбеста обусловлена его способностью ад. сорбировать бентонит и при затвердевании тампонажного раствора армировать образующийся камень, улучшая его вязкоупругие характеристики и повышая деформативность и трещиностойкость. При дальнейшем повышении содержания хриэотил-асбеста (выше 207), равно как и повышение концентрации бентонита (выше 4%)

4 о приводило к резкому снижению прочностных показателей образующегося при твердении камня, так как для обеспечения необходимой подвижности раствора требовалось повышать водосодержание, в противном случае растекаемость по конусу АзНИИ была менее 18 см и не соответствовала ГОСТ 1581-.78 на тампонажный цемент. К тому же раствор быстро сгущался и прокачиваемость его ухудшалась.

Таким образом, выбранные пределы добавления хризотилового асбеста (2-20%) и концентрация бентофцгового раствора в расчете на среднее качество натриевого бентонита (2-4%) являются оптимальными.

Разработанный способ приготовления тампонажного дисперсно-армироваикого раствора лоэволяет получить низкую плотность раствора и высокие прочностные характеристики образующегося при твердении цементного камня; дает воэможность упростить-.технологию получения тампонажиого .раствора с низкой EHQTH0cTs35 > повысить ввод тампонажного раствора иэ сухой смеси, а также повысить качество тамнонажных работ и удлинить межремонтный период скважины.

1137183

10 9

Водосодержание, Ж

94

10

12

86

18

20

Содержание асбеста в суспензии, мас.Ж

Таблица 1

Плотность суспензии в зависимости от концентрации, г/см

1,012

1,022

1,031

1,044

1,054

1,065

1,077

1,088

1,099

1,111