Тампонажный раствор

 

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин. Цель изобретения - увеличение времени загустевания при 50-150°С, стабилизация расширения в ранние сроки твердения, уменьшение газопроницаемости цементного камня. Тампонажный раствор содержит магнезиальный цемент, хлористый магний, воду и в качестве карбонатной добавки - седеритовую руду при следующем соотношении компонентов , мас.%: магнезиальный цемент 33- 51} хлористый магнит 8-10J сидеритовая руда 13-33; вода остальное. Тампонажный раствор обеспечивает увеличение временного загустевания в 1,2- 8,2 раза, стабилизацию расширения цементного камня на 3-5 сутки и уменьшение его газопроницаемости в 6-21 раз. 1 табл. i (Я

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1 (21) 4683046/03 (22) 25.04,89 (46) 07.04,91. Ьюл. № - 13 (71) Северо-Кавказский научно-исследовательский институт природных газов (72) А.А.Перейма и Л.В.Перцева (53) 522.245.42 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 870673, кл. Е 21 В 33/138, 1973.

Авторское свидетельство СССР № 464552, кл. С 04 В 7/26, 1972.

Авторское свидетельство СССР № 1258986, кл. Е 21 В 33/138, 1985. (54) ТАМПОНАКИЙ РАСТВОР (57). Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин. Цель изобретения — увеличение времени заИзобретение относится к бурению . нефтяных и газовых скважин, в частности к составам тампонажных растворов, и может быть использовано для цементирования скважин в зоне рапоносных пластов.

Цель изобретения — увеличение о времени загустевания при 50-150 С, стабилизация расширения в ранние сроки твердения, уменьшение газопроницаемости цементного камня.

Тампонажный раствор содержит магнезиальный цемент, хлористый магний, карбонатную добавку, воду, причем в качестве карбонатной добавки он содержит сидеритовую руду при следующем соотношении компонентов,мас. Х:

Маги езиальный цемент 33-51

Хлористый магний 8-10

Сидеритовая руда 13-33

Вода ° Остальное

„„SU„„1640368 А 1 (51) 5 Е 21 В 33/138

2 густевания при 50-150 С, стабилизация расширения в ранние сроки твердения, уменьшение газопроницаемости цементного камня, Тампонажный раствор содержит магнезиальный цемент, хлористый магний, воду и в качестве карбонатной добавки — седеритовую руду при следующем соотношении компонентов, мас.Х: магнезиальный цемент 3351, хлористый магнит 8-10; сидеритовая руда 13-33; вода остальное. Тампонажный раствор обеспечивает увеличение временного загустевания в 1,28,2 раза, стабилизацию расширения цементного камня на 3-5 сутки и уменьшение erо газопроницаемости в

6-21 раз. 1 табл.

В тампонажном растворе используют сидеритовую руду Вакальского или Златоустовского месторождения. Содержание железа в руде не менее 30Х, диоксида кремния в пределах 13%, Действие в тампонажном растворе сидеритовой руды указанных месторождений равнознач ено е.

С повышением температуры от 50 до 150 С усиливается гидролиз минералов, входящих в состав сидеритовой руды. Образующиеся продукты гидролиза характеризуются малой растворимостью и гелеобразным состоянием. Они защищают основные цементирующие новообразования (оксихлориды) от быстрого образования кристаллических сростков, замедляя загустевание цементных растворов.

Низкое значение рН поровой жицкости, необходимое для стабильного су1640368

Состав тампонажного раствора, мас.%

Технологические свойства

Магнезиаль ный

Хлористый

Сиде — Изверито- стняк

Плотность жидкости затВода

Рас- Бремя загустевания, текае- ч-мин, при Р=ЗО МПа мость, и температуре, С

Плотность цементного раствора, 1к у 1 0> кг.е M3 магний вая р уда цемент см ворения, 1 10 кг/мз

50 100 150

33

13

33

27

18

34

14

2,25

2,17

2;30

2,23

2,27

2,26

2,24

2,24

2, 15

2,12

2,15

26 1,24

26 1,27

24 1,29

25 1,26

25 1,24

23 1,23

26 1,23

25 1,30

27 1, 26

26 1,25

24 1,30

19,0 5-20 3-15

18,5 .3-50 2-30

17,5 4-45 3-00

t8,0 4-00 2-45

18,0 5-00 3-10

15,0 2-50 1-45

18,5 4-10 2-05

16, 0 3-40 2-25

19,5 2-55 1-50

18, 0 2-40 0-55

17,5 3-00 1-55

33 8

51 10

33 10

46 9

40 8

52 7

32 8

50 11

65 9

45 12

2-05

1-25 !

-55

1-45

1-45

0-20

0-45

1-30

0-35

0-25

П р и и е ч а н и е. Испытания выполнены по стандартным методикам, ГОСТ 26798. ществования оксихлоридов магния, поддерживается благодаря присутствию в составе цементного раствора сидеритовой руды, включающей амфотерный гицроксид железа и кислотный оксид-диоксид кремния. Таким образом, обеспечивается стабильное во времени расширение цементного камня с образованием триоксихлорида магния, l0

Присутствие карбоната железа с высокой плотностью (3,8 10 кг/м ) в цементном камне, представленном оксихлоридами магния, способствует образованию компактной малопроницаемой структуры. Уменьшению газбпроницаемости камня способствует также образование в поровом пространстве камня геля силикатов магния, Пример 1. 330 г (33 мас./,) магнезиального цемента смешивают с

330 г (33 мас.l) сидеритовой руды, предварительно измельченной до удельной поверхности 300+20 м /кг, Затем

80 r (8 мас.%) хлористого магния растворяют в 260 r (26 мас.%) воды .

Получают жидкость затворения с плотностью 1,24 10з кг/м, которой затворяют тампонажную смесь.

Время загустевания тампонажного раствора плотностью 1,25-10 кг/мз при Р=ЗО МПа и t=50вС составляет

5 ч 20 мин, при t=100 С вЂ” 3 ч 15 мин и тери t=150 0 — 2 ч 5 мин. Двухсуо точная прочность при 150 С равна

8,7 МПа, газопроницаемость равна о

О, 21 10 мкм . Расширение при 150 С через сутки составляет 0,8%, а через

2 суток стабилизируется и составляет

I,02% и в дальнейшем не увеличивается, : Пример 2. Проводят все технологические операции так, как указано в примере 1, и получают тампонажный раствор следующего состава, r (мас.%):

Магнезиальный цемент 530 (51)

Хлористый магний 100 (10)

Сидеритовая руда 130 (13)

Вода 260 (26)

Время загустевания тампонажного раствора плотностью 2,17 10з кг/м при Р=ЗО МПа и t=50 С составляет 3 ч„

50 мин, при =100 С вЂ” 2 ч 30 мин и при t=150 (: — 1 ч 25 мин. Двухсуточная прочность при 150оС равно

14,4 МНа, газопроницаемость равна

0,08 10 "мкм . Расширение при 150 С через сутки составляет 0,65%, далее продолжает расти и стабилизируется на пятые сутки, составляя 1,10%.

Пример 3. Проводят все технологические операции так, как указано в примере 1, и получают тампонажный раствор следующего состава,г (мас„%):

Магнезиальный цемент 460(46)

Хлористьей магний 90(9)

Сиц еритовая руда 200 (20)

Вода 250(25)

Время загустевания тампонажного раствора плотностью 2,23 10 кг/и при Р=30 МПа и t=50 С составляет 4 ч при 100 С вЂ” 2 ч 45 мин и при

1640368

Содержание в тампонажном растворе сидеритовой руды в количестве менее

13 мас.% не обеспечивает необходимого

5 времени загустевания и стабилизацию расширения в ранние сроки твердения, в количестве более 33 мас.% не обеспечивает необходимую прочность камня в. двухсуточном возрасте, 10 Таким образом; по сравнению с известным предлагаемый тампояажный раствор обеспечивает увеличение времени загустевания при 50 С в 1, 2-

1,7 раза, при 100оС вЂ” в 1,5-2,0 раза, при 15000 — в 5,0-8,2 раза, стабилизацию расширения при 150 С на 3-5 сутки твердения, уменьшение газопрончцаемости в 6-21 раз.

20,Формула изобретения

Тампонажный раствор для крепления скважин, содержащий магнезиальный цемент, хлористый магний, карбонатную добавку и воду, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью увели чения времени загустевания при 50150оС, стабилизации расширения в ранние сроки твердения и уменьшения

30 газопроницаемости цементного камня, он в кач естве кар бона тной добавки содержит сидеритовую руду при следующем со о т ношении компо н енто в, ма с . %:

Магнезиальный цемент 33-51

Хлористый магний 8-10

Сидеритовая руда 13-33

Вода Остальное

35 камня, Двухсуточ ная проч— ность при изгибе при 150 С, ИПа

Газопроницаемость

1. 10 мкм, при 150 С

Расширение, %, при 150 С

4 5 6

2 3 l,02 1, 02

1,10 1,10

1,03 1, 33

1,06 . 1,06

1,02 1, 02

1,49 1,49

1,10 1,10

1,20 1,20

1 08 1,09

2,26 2,30

1, 04 1,05

0,80 0,98 1,02

0,65 Огй8 0,98

0 85 1,0 1,02

0,76 0,98 1,02

0,78 1;01 1,02

0,83 1,36 1,40

0,77 1,03 1,06

О 58 1,08 1,12

О 71 1,01 1,03

1,02 1,82 2,02

О 40 О 82 О 98

1,02

1,08

1,03

1,04

1,02

1,44

1,08

f,16

1,05

2,10

1,00

0,21

0,08

0,26

О, 14

0,.27

0,67

0,72

0,87

0,49

3,27

1,68

1,02 1,02

1i10 1,10

1,03 1, 03

1Ä06 1,06

1,02 1, 02

1, 46 1,48

1,09 1,10

1, l8 1,20

1,06 1, 07

2, 16 2,20

1,02 1, 03

8, 7

14,4

9,2

12,8

10,6

6,5

6,5

8,1

7,8

1-85, ГОСТ 26798,2-85

=150 Ñ вЂ” 1 ч 45 мин. Двухсуточная прочность при 150оС равна 12,8 МЛа, — 4 газопроницаемость равна 0,14 10 мкм .

Расширение при 150оС через сутки составляет 0,76%, далее продолжает расти и стабилизируется на пятые сутки, составляет 1,06%.

Составы и свойства исследованных тампонажных растворов приведены в таблице.

Линейное расширение камня из известного тампонажного раствора непрерывно растет в течение 8 сут с появлением поверхностных радиальных трещин °

Линейное расширение камня на основе разработанного тампонажного раствора стабилизируется на 3-5 сутки и в дальнейшем не растет, что обеспечив а ет целостно сть и низкую га зопроницаемость цементного камня, Содержание в тампонажном растворе магнезиального цемента в количестве менее 30 мас.% не обеспечивает достаточной прочности цементного камня, а более 51 мас,% — необходимой растекаемости и времени загустевания тампонажного раствора.

Содержание в тампонажном .растворе хлористого магния в указанных пределах обусловлено необходимостью получения жидкости затворения плотностью (1,25-1,29)i10 кг/м, требуемой для обеспечения стабильности оксихлоридов магния и низкопроницаемой структуры через время твердения, сут