Тампонажный раствор

 

Сущность изобретения: тампонажный раствор содержит, мас. портландцемент (ПЦ) 55,41 66,57, полиэтиленоксид (ПЭО) 0,136 0,25, нитрилотриметилфосфорную кислоту (НФК) 0,004 - 0,01 и воду остальное. ПЭО и НФК растворяют в воде. В полученном растворе затворяют ПЦ. Характеристика раствора: повышается седиментационная устойчивость и снижается скорость фильтрации при увеличенном водотвердом отношении до 0,8. 1 табл.

Изобретение относится к бурению, в частности к тампонажным материалам, предназначенным для изоляции продуктивных и проницаемых пластов нефтяных и газовых скважин.

Известен тампонажный раствор [1] для нефтяных и газовых скважин, содержащий тампонажный цемент, нитрилотриметилфосфоновую кислоту и воду при следующем соотношении компонентов, мас. Тампонажный цемент 66,65-66,6695 Нитрилотриметилфос- фоновая кислота 0,0005-0,02 Вода Остальное Недостатком данного раствора является высокая начальная скорость фильтрации, что обуславливает низкое качество цементирования.

Известен тампонажный раствор [2] включающий портландцемент, водорастворимый полимер полиэтиленоксид армирующую добавку королек отход производства шлаковаты, минеральную воль хлорид натрия и воду при следующем соотношении компонентов, мас. Портландцемент 55,87-61,46 Королек отход- производства шлаковаты 6,14-11,18 Полиэтиленоксид 0,123-0,56 Хлорид натрия 1,54-1,68 Вода Остальное Недостатком этого тампонажного раствора является большой расход полиэтиленоксида. Содержание полиэтиленоксида ниже 0,1% приводит к снижению прочности цементного камня, а при содержании выше 1,5% ухудшается седиментационная устойчивость тампонажного раствора.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является тампонажный раствор [3] включающий портландцемент, нитрилотриметилфосфоновую кислоту, карбоксимети- локсиэтилцеллюлозу и воду при следующем соотношении компонентов, мас. Портландцемент 66,53-66,65 Нитрилотриметил- фосфоновая кислота 0,010-0,017 Карбоксиметилоксиэ- тилцеллюлоза 0,05-0,25 Вода Остальное Недостатком данного раствора является то, что при его использовании не обеспечивается седиментационная устойчивость при водотвердом отношении больше 0,5.

Цель изобретения повышение седиментационной устойчивости тампонажного раствора и снижение начальной скорости фильтрации при увеличенном водотвердом отношении до 0,8 в зонах продуктивных и проницаемых пластов.

Достигается это тем, что тампонажный раствор, содержащий портландцемент, нитрилотриметилфосфоновую кислоту, полимер и воду, согласно изобретению, он в качестве полимера содержит полиэтиленоксид при следующем соотношении компонентов, мас. Портландцемент 55,41-66,57 Полиэтиленоксид 0,136-0,25 Нитрилотриметил- фосфоновая кислота 0,004-0,01 Вода Остальное Забойная температура скважин до 100^оС.

Использование в тампонажных растворах в качестве полимера полиэтиленоксида (ПЭО) [2] позволяет снизить начальную скорость фильтрации, но вместе с тем он значительно загущает раствор. Нитрило- триметилфосфоновая кислота (НТФ) в тампонажных растворах [1,3] регулирует растекаемость раствора и упрочняет цементный камень, однако при больших добавках НТФ в раствор значительно увеличивается срок начала схватывания тампонажного раствора, что в зоне продуктивных и проницаемых пластов ведет к вымыванию несхватывающегося тампонажного раствора, а следовательно к снижению качества цемен- тирования.

Совместное использование ПЭО и НТФ дает возможность увеличить водотвердое отношение до 0,8 при одновременном снижении начальной скорости фильтрации в 2-3 раза по сравнению с растворами без этих добавок и обеспечить необходимую растекаемость раствора и сроки начала схватывания.

При содержании ПЭО в предложенном тампонажном растворе менее 0,136 мас. его влияние на снижение начальной скорости фильтрации раствора незначительно. При содержании ПЭО более 0,25 мас. резко возрастают экономические затраты из-за большой стоимости ПЭО, а степень влияния его на фильтрацию раствора практически приближается к нулю.

При содержании НТФ менее 0,004 мас. она не влияет на растекаемость и время загустевания тампонажного раствора. При содержании НТФ более 0,01 мас. влияние ее на начало загустевания прекращается, но вместе с тем значительно увеличивается время начала схватывания, что отрицательно сказывается на качестве цементирования.

При содержании воды в тампонажном растворе менее 33,29 мас. (водотвердое отношение < 0,5) резко уменьшается время загустевания тампонажного раствора, что приводит к аварийной ситуации при цементировании скважин. Тампонажный раствор преждевременно схватывается в колонне обсадных труб. При содержании воды более 44,33 мас. (водотвердое отношение > 0,8) увеличивается начальная скорость фильтрации и приближается к скорости фильтрации растворов без добавок ПЭО и НТФ, т.е. 230 см³/30 мин и более [4] а также значительно возрастает время начала загустевания тампонажного раствора и достигает значительно более 4 ч, что отрицательно сказывается на качестве цементного камня и в целом цементирования.

Содержание мас. в тампонажном растворе портландцемента определяется, исходя из потребного объема тампонажного раствора для заполнения затрубного пространства и необходимого значения водотвердого отношения. Ввиду очень малых добавок ПЭО и НТФ по сравнению с содержанием портландцемента и воды, на практике, при расчете потребного количества цемента и воды, они не учитываются. Количество воды определяется из водотвердого отношения и выражается в м³ на 1 т портландцемента, т.е. для наших условий 0,5.0,8 м³/т (пример N 2).

П р и м е р 1. 2,043 г (0,136 мас.) полиэтиленоксида и 0,06 г (0,004 мас. ) нитрилотриметилфосфоновой кислоты растворяют с помощью лопастной лабораторной мешалки до полного растворения в 500,07 г (33,29 мас.) дистиллированной воды. На полученной жидкости затворяют 1000 г (66,57 мас.) портландцемента марки ПЦТ ДО.Д20-50.100, соответствующего ГОСТ 1581-85, после чего испытывают раствор при температуре 75^оС. Раствор имеет плотность 1,83 г/см³, растекаемость 20,5 см, скорость фильтрации 85,6 см³/30 мин время загустевания 2 ч 08 мин, время начала схватывания 3 ч 20 мин, время конца схватывания 3 ч 45 мин, предел прочности цементного камня на изгиб через 24 ч твердения 4,9 МПа.

П р и м е р 2. В условиях буровой скважины добавки ПЭО, НТФ определяются в мас. исходя из веса сухого портландцемента, необходимого для приготовления нужного объема тампонажного раствора. Объем жидкости затворения на 1 м³ раствора определяется по водотвердому отношению (в м³) на 1 т портландцемента и находится в пределах 0,5.0,8 м³/т.

Для затворения 10 т портландцемента при водотвердом отношении 0,8 необходимо 8 м³ жидкости затворения. Для создания необходимого перепада давления между емкостью, где находится жидкость затворения, и фрезерно-струйной мельницей (ФСМ) применяем коэффициент 1,5 и готовим 12 м³ жидкости затворения. Исходя из веса сухого цемента требуется 25 кг ПЭО, 1 кг HТФ и 8 м³ воды. Чтобы выдержать необходимую концентрацию реагентов в 12 м³ воды, из пропорции определяем, что ПЭО необходимо 37,5 кг, НТФ 1,5 кг.

Для растворения химреагентов на буровой скважине обвязывают между собой ФСМ и доливную емкость. Жидкость затворения готовится затворением ПЭО и НТФ в воде путем их подачи на ФСМ одновременно с технической водой. Для удобства растворения ПЭО жидкость затворения готовят порциями, равными объему емкостей цементировочного агрегата (ЦА) и сливают в доливную емкость. После каждого заполнения емкостей ЦА подача воды на ФСМ прекращается, ЦА работает сам на себя до полного растворения химреагентов.

Тампонажный раствор готовят путем перемешивания на ФМС жидкости затворения и портландцемента. Контролируемым параметром приготовленного раствора является его мнимая плотность, которая замеряется ариометром АГ-2.

Мнимая плотность определяется заранее и при приготовлении раствора она должна строго выдерживаться.

ρ_мним 1,512 × в/т^-_м^0,275 в/т_м где в/т_ф водотвердое отношение фактическое; в/т_м водотворное отношение мнимое.

В нашем случае при фактическом водотвердом отношении, равном 0,8, фактическая расчетная плотность раствора будет равна: ρ_ф 1,61 г/см³ где ρ_ц плотность портландцемента; ρ_в плотность воды.

Плотность, замеряемая ариометром АГ-2, будет меньше фактической.

ρ_мним= 1,512 в/т_м 1,512 х 1,346 ^-0,2751,39 г/см³ в/т_м 1,346
Приготовленный таким образом раствор будет иметь параметры, соответствующие гpафе 9 таблицы. Готовый раствор из осреднительной емкости буровым насосом закачивается через цементировочную головку в скважину.

По сравнению с прототипом предлагаемый тампонажный раствор имеет пониженную до 119,2 см³/30 мин начальную скорость фильтрации при увеличенном водотвердом отношении до 0,8 и седиментационную устойчивость в пределах 1,0-2,5% Прототип [3] имеет цель снижение начальной скорости фильтрации только при водотвердом отношении 0,5.

Использование предлагаемого тампонажного раствора позволяет повысить качество цементирования продуктивных и проницаемых пластов за счет предупреждения преждевременного загустевания раствора из-за отфильтровывания его жидкой фазы в проницаемые пласты. При этом в затрубном пространстве не образуются непрокачиваемые пачки раствора, что обеспечивает подъем раствора на проектную высоту, не происходит загрязнения коллекторов, снижается возможность образования фильтрационных переточных каналов в твердеющем растворе.

Формула изобретения

ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР, содержащий портландцемент, нитрилотриметилфосфоновую кислоту, полимер и воду, отличающийся тем, что он содержит в качестве полимера полиэтиленоксид при следующем соотношении компонентов, мас.

Портландцемент 55,41 66,57
Полиэтиленоксид 0,136 0,25
Нитрилотриметилфосфоновая кислота 0,004 0,01
Вода Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1