Тампонажный раствор

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности получению тампонажного раствора на основе цемента, и может быть использовано при цементировании скважин. Целью изобретения является снижение плотности тампонажного раствора, повышение прочности цементного камня, снижение водоотделения. Тампонажный раствор содержит предварительно прокаленный в распылительной сушилке при 550-650°С отход производства кальцинированной соды стадии дистилляции - дистиллерную жидкость - следующего состава, мас.%: СаСl₂ -59,40-65,80; CaSO₄ - 0,05-0,10; Са(ОН)₂ - 0,05-0,10; NaCl - 32,15 - 38,50, микросферы нерасклассифицированные при следующем содержании компонентов, мас.%: цемент - 43,5-62,5; дистиллерная жидкость - 0,7-6,2; микросферы нерасклассифицированные - 6,5-19,9; вода - остальное, причем соотношение цемент: микросферы (75-90):(10-25), при этом микросферы имеют следующий химический состав, мас.%: SiO₂ - 50-60, Al₂O₃ - 25-35, Fe₂O₃ - 1,8-2,0, CaO - 1,0-1,5, MgO - 0,5-1,5, Na₂O - 0,3-1,5, K₂O - 0,2-2,9, ППП - 0,3-1,4. 2 табл.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности, получению тампонажного раствора на основе цемента, включающего соли кальция, натрия и воду, и может быть использовано при цементировании скважин.

Известен тампонажный раствор для глушения и цементирования скважин, содержащий цемент, конденсированную сульфит-спиртовую барду, хлорид кальция и воду [1].

Недостатком данного раствора является большая плотность (1850-1950 кг/м³) и недостаточная прочность камня.

Также известным является тампонажный раствор, включающий, мас.%: цемент 1,0; хлорид кальция 0,05-0,10; вода 0,50-0,70 [2]. Известный тампонажный раствор хотя и имеет достаточную прочность, однако большое содержание хлорида кальция способствует интенсивному трещинообразованию цементного камня в процессе твердения. Кроме того, повышается себестоимость раствора в целом из-за высокой цены на хлорид кальция.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому - прототипом - является тампонажный раствор, включающий портландцемент, воду, отход производства кальцинированной соды [3]. Основным недостатком известного раствора, низкие прочностные характеристики камня, трудности с доставкой солевой компоненты - дистиллерной жидкости, большое водоотделение тампонажного раствора, из-за чего в пласт проникает большое количество фильтрата цементного раствора, что отрицательно сказывается на вызове притока из пласта.

Целью изобретения является, повышение прочности цементного камня, снижение водоотделения.

Поставленная цель достигается тем, что в тампонажном растворе в качестве солевой компоненты используют предварительно прокаленный в распылительной сушилке при 550-650^oC отход производства кальцинированной соды стадии дистилляции - дистиллерную жидкость - следующего состава, мас.%: CaCl₂ - 59,40-65,80 CaSO₄ - 0,05-0,10 Ca(ОН)₂ - 0,05-0,10 NaCl - 32,15-38,50 и тампонажный раствор содержит микросферы нерасклассифицированные при следующем содержании компонентов, мас.%: Цемент - 43,5-62,5 Дистиллерная жидкость - 0,7 - 6,2 Микросферы нерасклассифицированные - 6,5 - 19,9 Вода - Остальное,
причем соотношение цемент: микросферы (75-90):(10-25).

Микросферы нерасклассифицированные являются составной частью золы, которая образуется при сжигании угля. Микросферы - это полые сферические частицы диаметром от 30 до 350 мкм, с толщиной стенок от 2 до 10 мкм. Частицы представляют собой правильные сферы со сплошными непористыми стенками. Внутренняя часть частиц заполнена в основном азотом и двуокисью углерода. Микросферы обладают низкой плотностью (насыпная масса 0,25-0,5 г/см³), высокой прочностью на сжатие (до 50 МПа), устойчивы к воздействию кислот.

Химический состав, мас.%:
SiO₂ - 50-60
Al₂O₃ - 25-35
Fe₂O₃ - 1,8-2,0
CaO - 1-5
MgO - 0,5-1,5
Na₂O - 0,3 - 1,5
K₂O - 0,2-2,9
П.п.п. - 0,3-1,4.

Таким образом, в предлагаемом изобретении используются новые ингредиенты, что дает основание утверждать о соответствии предлагаемого решения критерию "новизна".

В научно-технической и патентной литературе ранее не приводились сведения об использовании микросферы нерасклассифицированной при приготовлении тампонажных растворов на основе портландцемента с солевой композицией. Известно использование стеклянных и керамических шариков и газонаполненных микробаллонов [4, 5]. Применение микросфер дает не известный ранее эффект повышения прочности камня, не достигавшийся ранее применением микробаллонов. Это обусловлено тем, что микросфера на 50-60% состоит из SiO₂ и имеет аморфизированное строение, благодаря этому повышается их реакционная активность в щелочной среде, которая появляется при гидратации портландцемента или других вяжущих. В результате этого продукты гидратации начинают кристаллизоваться из пересыщенного раствора на поверхности микросфер, т.е. они (микросферы) являются активными компонентами в составе твердеющего тампонажного раствора и вносят таким образом дополнительный вклад в повышение прочности камня. Использовавшиеся ранее микробаллоны имеют гидрофобную поверхность, поэтому не образуют химических связей с продуктами твердения и являются инертными в составе камня. То же относится и к стеклянным и керамическим шарикам. Использование шариков в силу их гидрофобности ведет к повышению водоцементного отношения (водосодержания растворов), поэтому неизбежно повышение пористости камня и резкое ухудшение прочности. Кроме того, растворы с микробаллонами и шариками расслаиваются из-за низкой концентрации структурообразующей фазы в растворе (всплытие облегчающих добавок). Таким образом, сказанное выше указывает на соответствие заявляемого изобретения критерию "изобретательский уровень".

Пример реализации изобретения
Для приготовления раствора состава 6 (табл. 1) готовится 1000 г раствора, включающего 513 г цемента, 64 г сухой солевой композиции, 128 г микросфер и 295 г воды. Тампонажную смесь готовят следующим образом. Растворяют вначале в воде солевую компоненту, а затем на этом растворе затворяют смесь цемента и микросферы. Водотвердое отношение при этом 0,46. У полученного раствора измеряются согласно ГОСТ растекаемость и плотность. Затем заливаются образцы балочек для определения прочности камня. Простота приготовления раствора и контроля свойств свидетельствуют о соответствии его критерию "практическая применимость".

Для приготовления тампонажного раствора использовали солевую композицию следующего состава, мас.%:
CaCl₂ - 61,6,
CaSO₄ - 0,1
NaCl - 33,4
Ca(ОН) - 0,18
Приготовленные тампонажные смеси и их показатели приведены в таблицах 1, 2.

На основании представленных данных в таблицах можно сделать вывод, что заявляемый тампонажный раствор с использованием в качестве солевой компоненты отходов производства соды в стадии дистилляции, дополнительно содержащую микросферы нерасклассифицированые, имеет существенно низкую плотность и превосходит известный тампонажный раствор по прочности камня. При этом раствор имеет низкое водоотделение. Сроки схватывания раствора находятся в пределах требований ГОСТ 1581-91. Наилучшие показатели тампонажных смесей приведены в опытах N 4,5. Кроме того, использование отходов производства соды в определенной степени решает вопрос их утилизации и, частично, экологические проблемы.

Источники информации
1. Рахимкулов Р.Ш., Шарипов А.У. Применение ПАВ для регулирования технологических свойств тампонажного раствора и камня. Нефтяное хозяйство, 1976, N 7.

2. А.с. СССР N 967969, кл. E 21 В 33/188, 1978.

3. Патент РФ N 2059792,кл. E 21 В 33/138, 1996.

4. Патент США N 3804058, кл. 166-292, опублик. 1974.

5. Крылов В. И. Изоляция поглощающих пластов в глубоких скважинах. М.: Недра, 1980. С. 132-134

Формула изобретения

Тампонажный раствор, содержащий цемент, прокаленный при 550 - 650^oC отход производства кальцинированной соды - дистеллерную жидкость следующего состава, мас.%:
CaCl₂ - 59,4 - 65,80
CaSO₄ - 0,05 - 0,10
NaCl - 32,15 - 38,50
Ca(OH)₂ - 0,05 - 0,10
нерасклассифицированные микросферы, отличающийся тем, что нерасклассифицированные микросферы имеют химический состав, мас.%:
SiO₂ - 50 - 60
Al₂O₃ - 25 - 35
Fe₂O₃ - 1,8 - 2,0
CaO - 1,0 - 1,5
MgO - 0,5 - 1,5
Na₂O - 0,3 - 1,5
K₂O - 0,2 - 2,9
П.п.п. - 0,3 - 1,4
при этом тампонажный раствор содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:
Цемент - 43,5 - 62,5
Дистеллерная жидкость - отход производства кальцинированной соды - 0,7 - 6,2
Микросферы нерасклассифицированные - 6,5 - 19,9
Вода - Остальное
причем соотношение цемент : микросферы составляет (75 - 90) : (10 - 25).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2