Тампонажный раствор для крепления скважины

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей пpo &Iшлeннocти и предназначено для цементирования скважин . Цель изобретения - повьшение плотности тампонажного раствора, увеличение времени загустевания и обеспечение твердения без разрушения при 50-150 0. Тампонажный .раствор (ТР) содержит магнезиальный цемент, хлористый магний, добавку и воду. Для приготовления ТР используют порошок металлургического магнезита с удельной поверхностью 315-385 . В качестве добавки используют серно-кислое железо. Таким образом, ТР лклгочает ингредиенты,I при следующем соотношении , мас.%: металлургический магнезит 60-66, серно-кислое железо 2-4, хлористый магний 9-12, остальное вода. Такое соотношение ингредиентов позволяет получить ТР с плотностью 2,25-2,28 г/см. Введенное в ТР серно-кислое железо взаимодействует с составляющими компонентами ТР, изменяет их растворимость, а продукты взаимодействия образуют комплексные водонераствориьше соединения. Прочность тампонажного камня при повышении температуры от 50 до возрастает. На поверхности образцов нет трещин. 2 табл. сл tsd ел 00 о 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСОУБЛИК щ) 4 E 21 В 33/138

«1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ;::

Н ABTOPCKOMV СВИД= П:ЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3863l93/22-03 (22) 22 ° 02.85 (46). 23.09.86. Бюл. Р 35 (71) Северо-Кавказский научно-исследовательский институт природных газов (72) В.Г. Иосиенко, Ю.И. Петраков, В.И. Зубков, Л.А. Крепкая, Л.В. Перцева, Г.Д. Дибров, А.И. Бегун и А.С. Беликов (53) 622.245.42(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 209360, кл. Е 21 В 33/13, 1965.

Авторское свидетельство СССР

У 605936, кл . Е 21 В 33/138, 1975 . (54) TAMIOHNKHblA РАСТВОР ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ СКВАЖИНЫ (57) Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для цементирования скважин. Цель изобретения — повышение плотности тампонахного раствора, увеличение времени загустевания и обеспечение твердения без разрушения при

„„SU„„1258987 A 1!

50-150 С. Тампонакный,раствор (TP) содержит магнезиальный цемент, хлористый магний, добавку и воду. Для приготовления TP-используют порошок металлургического магнезита с удельной поверхностью 315-385 м /кг. В качестве добавки используют серно-кислое железо. Таким образом, TP включает -ингредиенты,< при следующем соотношении, мас.Х: металлургический магнезит 60-66, серно-кислое железо

2-4, хлористый магний 9-12 ° остальное вода. Такое соотношение ингредиентов позволяет получить ТР с плотностью 2,25-2,28 г/см . Введенное в

ТР серно-кислое железо взаимодейству- + ет с составлякицими компонентами ТР, изменяет их растворимость, а продукты взаимодействия образуют комплексные водонерастворимые соединения. Прочность тампонакного камня прн повышении температуры от 50 до 150 С возрастает. На поверхности образцов

@ай нет трещин. 2 табл. h4

1258987

Изобретение относится к нефтяной и газовой отраслям промьппленности, к области бурения скважин, в частности к составам тампонажных растворов, и может быть использовано для цементирования скважин с аномально высокими пластовыми давлениями в зоне расположения рапоносных горизонтов.

Целью изобретения является повьппение плотности раствора, увеличение времени загустевания, обеспечение твердения без разрушения при 50"15(fC.

Тампонажный состав, включающий серно-кислое железо, при следующем ,соотношении ингредиентов, мас. :

Металлургический магнезит 60-66

Хлористый магний 9-12 и

Серно-кислое железо 2-4

Вода Остальное 20 позволяет получить тампонажный раствор. с плотностью 2,25-2,28 r/ñè, а прочность тампонажного камня при повьппении температуры от 50"150 Ñ не только не снижается, но даже несколь- 2 ко возрастает (табл. 1). Кроме того, на поверхности образцов не наблюдается появления трещин.

Для приготовления тампонажного раствора используют молотый раствор — З0 металлургический магнезит с удельной поверхностью 315-385 м /кг. В табл.2 приведены данные о влиянии тонины помола металлургического магнезита па свойства тампонажного раствора.

Испытания проведены по стандартным методикам. Линейное расширение onpeqen zv через 3 сут твердения при

100 С и давлении 30 NIIa.

В качестве серно-кислого железа можно испольэовать отход химической или металлургической промышленности (например, жидкая фаза травильныхванн после нейтрализации серной кислоты).

Отход представляет собой кристаллический порошок бледно-желтого цвета, хорошо растворимый в воде при нормальной температуре. Содержание основной соли в этих отходах до 95Х.

Введенное в тампонажный раствор 50 серно-кислое железо (окисное или закисное) взаимодействует с составляющими компонентами тампонажного раствора, изменяет их растворимость, а продукты взаимодействия образуют комплексные водонерастворимые соединения, несколько замедляющие скорость гидратации в ранний период твердения, так как блокируют доступ жидкости эатворения к зернам магнезита и кристаллическим зародышам гидратных новообразований. В дальнейшем это способствует повышению времени загустевания, а также повьпнению трещино-, водо- и солестойкости тампонажного камня, твердеющего в интервале 50-150пС. С другой стороны зерна маталлургического магнезита, обожженного при 1200-1600 С на поверхности, имеют сравнительно низкую активность и невысокую скорость растворения в жидкости затворения. Все это обеспечивает тампонажному раствору требуемое время загустевания при температурах .твердения 50-150 С, а повьппенная плотность исходных компонентов и принятые их дозировки обеспечивают получение тампонажного раствора с повьппенной плотностью (до 2300 кг/м ) беэ введения специальных утяжелителей и получение тампонажного камня, твердеющего беэ разрушения в заданном интервале температур.

Пример 1. 12 мас. хлористого магния растворяют в 24 мас.% воды. В образующийся раствор вводят

4 мас. серно-кислого железа. Этим раствором затворяют 60 мас.% металлургического магнезита, предварительна измельченного до удельной поверхности 350 + 20 м /кг.

Плотность полученного тампонажного раствора составляет 2,28 г/см .

Время загустевания при 50 С 3 ч

48 мин, при 150 С 1 ч 56 мин. Прочность при изгибе через двое суток при

50 С 10,1 МПа при 100 С 10,3 МПа при 150 С 7,4 ИПа.

Прочность при изгибе через 28 сут выдерживания в воде при 50 С составляет 11,8 ИПа, при 150 С 9,0 ИПа.

Трещин через 28 сут выдерживания в воде при 150 С не наблюдается.

Пример 2. 11 мас.Х хлористого магния растворяют в 23 мас. воды. В образующийся раствор вводят

3 мас. серно-кислого железа. Этим раствором затворяют 63 мас.% метал" лургического магнезита.

Плотность полученного тампонажного раствора составляет 2,27 г/см .

Время загустевания при 50 С 3 ч

26 мин, при 150 С 1 ч 42 мин. Прочность при изгибе через двое суток при 50 С 10,4 ИПа, при 100 С 11,9 ИПа, при 150ОС 9,5 МПа. Прочность при изгибе через 28 сут вьдержилания в во3 1258987 де при 50ОС составляет 12,1 МПа, при

150 С 10,9 MIIa. Трещин через 28 сут выдерживания в воде при 150 С не наблюдается.

Пример 3. 9 мас.7. хлористого магния растворяют в 23 мас.X воды.

В образующийся раствор вводят 2 мас.X серно-кислого железа..Этим раствором затворяют 66 мас.X металлургического магнезита. 10.

Плотность полученного тампонажного раствора составляет 2,25 г/смз .

Время загустевания при 50ОС 3 ч

7 мин, при 150 С 1 ч 15 мин. Прочность при изгибе через двое суток 15 при 50 С 9,6 МПа, при 100 С 11,2 МПа, при 150ОС 10,3 МПа. Прочность при изгибе через 28 сут выдерживания в воде при 50 С составляет 9,2 ИПа, при 150 С 9,8 ИПа. Трещин через 20

28 сут выдерживания в воде при 150ОС не наблюдается.

Пример 4. 12 мас.X хлористого магния растворяют в 24 мас.X soды. В образующийся раствор вводят

5 мас.X серно-кислого железа. Этим раствором затворяют 59 мас.X металлургического магнезита..

Плотность полученного тампонажного раствора составляет 2,28 г/cMÇ . 30

Время. загустевания при 50 С 3 ч

55 мин, при 150ОС 2 ч 10 мин. Проч- ность при изгибе через двое суток твердения при 50 С 9,8 ИПа, при tOA

t1,2 МПа, при 150 С 7,0 МПа. Прочность при изгибе через 28 сут выдерживания в воде при 50 С составляет 11,5 МПа, при 150 С 9,2 МПа. Трещин через 28 сут выдерживания в воде при 150 С .не наблюдается.

Пример 5. 9 мас,Х хлористого магния растворяют в 23 мас.X воды.

В образующийся раствор вводят 1 мас.X

:серио-кислого железа. Этим раствором . затворяют 67 мас.X металлургического магнезита. Плотность полученного тампонажного раствора составляет 2,25 г/см .

Время загустевания при 50 С 2ч 45мину при 150аС 50 мин. Прочность при изги бе через двое суток твердения при

50"С 1,.25-МКа нри t00oС 11,4 МПа, при 150 С 10,5 МПа.

Прочность при изгибе через 28 сут выдерживания в воде при 50 С составляет 7,7 МПа, при 150 С 6,9 МПа. Наблкдаются трещины через 28 сут выдерживания в воде при 150 С.

Содержание металлургического магнезита в количествах менее 60 мас.X и более 66 мас,X не обеспечивает требуемую консистенцию цементного теста и его плотность в заданных пределах (2,25 2,28 г/смэ)

Содержание хлористого магния в указанных пределах обусловлено получением раствора жидкости затворения плотностью 1,25-t 30 г/см . При повьвпении плотности раствора образует-. ся труднорастворимая смесь. Раствор с пониженной плотностью не обеспечивает высокую прочность цементного камня.

Содержание серно-кислого железа в количествах менее 2 мас.X не обеспечивает трещиностойкости тампонажного камня, более 4 мас.X — экономически нецелесообразно, Тампонажный раствор может быть использован. для цементирования скважин с аномально-высокими пластовыми давлениями в зоне рапоносных и солевых отложений.

Формула изобретения

Тампонажный раствор для крепления скважины, содержащий магнеэиальный цемент, хлористый магний, добавку и воду, отличающийся тем, что, с целью повышения плотности раствора, увеличения времени загустевания, обеспечения твердения без разрушения при 50-150 С, он в качестве магнезиального цемента содержит молотый до удельной поверхности 315—

385 м /кг металлургический магнезит ° а в качестве добавки содержит сернокислое железо при следующем соотношении ингредиентов, мас. X:

Металлургический магнезит 60-66

Хлористий магний 9-12

Серно-кислое железо 2-4

Вода Остальное, лрнчем содержание ИяО в металлургическом магнезите не менее 783.

1258987!

14иб

Я О

» 3 1

Э 13 33 О

3О 333 3с3 ф N Оъ л

В а В

О3 О| Щ in

6 Ф

1 ". 1

Оь а о ф °

В В м

Oi

Ф

О Эф В 333 й»3 Ч3 13 О

"3»3а

П М а» Щ. м м

В В, в л м м о

Ю Ф а л ф м о м

В В В

О О л О о м.

«Ъ

В ф чЪ . N Oi 3«3 е a a а. сч м с ф

В ч»

О ь

В

В а

° Ь °

3Ч Л

В В ю м ф о о о

М 3 Ъ М

D м

В м

В

В а

В В В В о м о о о о . м

t м м м м

Ч» in

N «

1 I м м

33б м !

3Ч м

- ° ф Ch

° е

3 а

С3 О «Ф

О». 3Ч

I33

Cl ж

4 В

333

In CO

СЧ 3Ч а, б

3Ч СЧ

ln ф

Оъ. л, ° В

»» е»

Ч» ° б

N ф

Фч

3

1Ч

3Ч

1О

СЧ

3Ч

3С3 Оь

N ФЧ а а

4Ч 1Ч

В C ! I

О В

I I

1 Ь а й" о3

О 31 33

° °

3»3

Îi 3

1 I 1, 1 !

1 3

3 д33

0 Ц а33 м ч» а в

D w ч» м м ч»

1 1 t 1

3 CC I

566х

)33!i) 1 !

1 в ,-.3 о «0

A Д

4 uEL

Л!1

1 g ч3 Оаo

0l

1 В °

_#_ C3 333 о а, 3»

3О5

:"1

Я

3 I 3

Л . ф Ж w 3 Л ф

О 3Ч М Л Oi

В а В б а В

N ф ° Л Ч»

«» «

1О О OI Ч» м а а а В б а ф . о О D O О О О

° О

О л Ю О еъ о

N 3Ч N 33 ЧЧ 3 Ъ

ЕЧ О М.,О О Ч3

1 м 3 нЪ 3Ъ

«

О . Ф) «33 ф Oi л .у ч» Ч» О О м ч» iO

125898 7

Та бли ца 2 в/ц

ПлотВодоотстой, Х

Линейное расши". рение, Х ность, г./см

2,46

2,.42

11,8

240

7,7

0,39

3,9

9,2

9,9

3,0

280

0,42

2,30

10,2

315

7,2

0,51

10,5

5,0

385

0,57

2,23

470

2,06

0,77

0,4

8,4

П р и м е ч а н и е : Приведенные составы содержат ЗХ серно-кислого шелеза от смеси .тампонааного раствора,, затворенного водным раствором хлорида магния плотностью 1 3 г/см .

Редактор В. Иванова

Заказ 5101/33, д /

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Уигород, ул. Проектная, 4

Удельная поверхность магнеэитового порошка, м /кг

Свойства тампонамного раствора Свойства цементного камня

Прочность прн изгибе, ЙПа, че+ рез 2 сут твердения при t

- =100 С иР 30 ИПа

Составитель Л. Бестаева

Техред Л.Олейник Корректор А Обручар

Тирах 548 Подписное.ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 1-35, Рауа ская наб. . 4 5