Тампонажный раствор для крепления скважин и способ его приготовления

 

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к тампонажным растворам для крепления скважин, вскрывающих пласты с аномально высокими пластовыми давлениями в интервале температур 60-140°С. Тампонажный раствор содержит, мас. %: тампонажный портландцемент 15,38 - 25,74; барит 22,06 - 46,15; зола-унос ГРЭС 15,38 - 25,74; вода - остальное. Тампонажный раствор готовят следующим образом. Тампонажный портландцемент смешивают с золой-уносом ГРЭС, затем полученную смесь вводят в вакуумный гидросмеситель одновременно с 70-80 мас.% барита от его расчетного количества и водой, подаваемой под давлением, осуществляют перемешивание раствора, после чего его гидроактивируют путем рециркуляции через гидросмеситель и вводят оставшийся барит, гидроактивацию раствора при давлении 8,0-12,0 МПа повторяют несколько раз. Технический результат - повышение термостойкости и прочности цементного камня. 2 с. и 2 з.п.ф.-лы, 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к тампонажным растворам для цементирования скважин, вскрывающих пласты с аномально-высокими пластовыми давлениями в интервале температур 60-140^oC.

Известен тампонажный раствор, содержащий, мас.%: портландцемент - 39,2; кварцевый песок - 39,2; вода - остальное (1).

Недостатками известного тампонажного раствора являются низкая плотность тампонажного раствора, а также сложность его приготовления, так как в случае значительных колебаний плотности раствора, в процессе его приготовления, часто песок выпадает в осадок и прокачивание раствора невозможно.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому тампонажному раствору для крепления скважин является тампонажный раствор, содержащий, мас.%: портландцемент - 37,76; барит - 36,76 и воду - 26,48 (2).

Недостатками известного раствора являются низкая прочность и термостойкость цементного камня в интервале температур 60-140^oC.

Известен способ приготовления тампонажного раствора, включающий смешение в вакуумном гидросмесителе вяжущего, сухой добавки и воды затворения, причем все вышеуказанные составляющие тампонажного раствора подают в вакуумный гидросмеситель в заданном соотношении одновременно, а воду затворения подают под давлением 35-45 кгс/см² (3).

Недостатком известного способа является то, что он не позволяет получить тампонажный раствор повышенной плотности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу приготовления тампонажного раствора для крепления скважин является способ приготовления тампонажного раствора, включающий смешение сухого вяжущего с водой в первой ступени и смешение полученного раствора с утяжеляющими добавками во второй, причем раствор во вторую ступень подают через насадок при давлении 50-60 кгс/см² (4).

Недостатком известного способа является то, что он не позволяет получить тампонажный раствор повышенной плотности (более 2,15 г/см³), т.к. зола-унос ГРЭС и барит обладают повышенной водопотребностью и способностью абсорбировать на поверхности зерен воздух.

Задачей настоящего изобретения является повышение плотности тампонажного раствора и термостойкости и прочности цементного камня при цементировании скважин, вскрывающих пласты с аномально высокими давлениями в интервале температур 60-140^oC.

Сущность настоящего тампонажного раствора для крепления скважин, вскрывающих пласты с аномально высокими пластовыми давлениями в интервале температур 60-140^oC, заключается в том, что известный тампонажный раствор, содержащий тампонажный портландцемент, барит и воду, согласно изобретению дополнительно содержит золу-унос ГРЭС, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Тампонажный портландцемент - 15,38-25,74 Барит - 22,06-46,15 Зола-унос ГРЭС - 15,38-25,74 Вода - Остальное.

При этом зола-унос ГРЭС содержит не менее 44,0 мас.% двуокиси кремния.

Сущность настоящего способа приготовления тампонажного раствора для крепления скважин заключается в том, что в известном способе приготовления тампонажного раствора для крепления скважин, включающем смешение тампонажного портландцемента с баритом и водой, гидроактивацию раствора при повышенном давлении, согласно изобретению для крепления скважин, вскрывающих пласты с аномально высокими пластовыми давлениями в интервале температур 60-140^oC, предварительно тампонажный портландцемент смешивают с золой-унос ГРЭС, затем полученную смесь вводят в вакуумный гидросмеситель одновременно с 70-80 мас. % барита от его расчетного количества и водой, подаваемой под давлением, осуществляют перемешивание раствора, после чего его гидроактивируют путем рециркуляции через гидросмеситель и вводят оставшийся барит.

Причем гидроактивацию раствора при давлении 8,0-12,0 МПа повторяют несколько раз.

На чертеже представлена принципиальная схема обвязки цементировочного оборудования для приготовления тампонажного раствора.

Схема включает цементосмесительные машины 1, 2 и 3, вакуумный гидросмеситель 4, цементировочный агрегат 5, гидроэлеватор 6, осреднительную емкость 7, агрегаты 8, емкость для воды 9.

Тампонажный раствор готовят следующим образом.

Предварительно готовят сухую цементозольную смесь путем смешения расчетного количества тампонажного портландцемента с расчетным количеством золы-уноса ГРЭС и аккумулируют полученную смесь в бункере цементосмесительной машины 1. В бункер цементосмесительной машины 2 загружают барит в количестве 70-80 мас. % от расчетного количества барита. В бункер цементосмесительной машины 3 загружают оставшееся количество барита, т.е. 20-30 мас.% от расчетного его количества. В процессе приготовления тампонажного раствора одновременно в воронку гидросмесителя 4 подают цементозольную смесь из бункера цементосмесительной машины 1, барит - из бункера цементосмесительной машины 2, а воду из емкости 9 подают агрегатом 5 при давлении 5,0-8,0 МПа через насадок гидросмесителя 4. Тампонажный раствор из гидросмесителя 4 по гидроэлеватору 6, за счет кинетической энергии струи воды затворения, транспортируют и накапливают в осреднительной емкости 7. Затем тампонажный раствор подвергают гидроактивации путем его рециркуляции через гидросмеситель 4. При этом приемный шланг агрегата 5 пересоединяют с емкости 9 на осреднительную емкость 7. Агрегатом 5 отбирают тампонажный раствор из осреднительной емкости 7, подают его на насадок гидросмесителя 4 под давлением 8,0-12,0 МПа, откуда раствор вновь по гидроэлеватору 5 возвращают в осреднительную емкость 7. Рециркуляцию раствора проводят в течение 5-7 минут, при этом тампонажный раствор приобретает повышенную подвижность. Растекаемость раствора возрастает от 17-18 см до 26 см по конусу АзНИИ и более.

Затем из бункера цементосмесительной машины 3 в гидросмеситель 4 подают оставшееся количество барита, 20-30 мас.% от расчетного количества барита. Из гидросмесителя 4 тампонажный раствор по гидроэлеватору 6 подают в осреднительную емкость 7, откуда после усреднения плотности тампонажный раствор агрегатами 8 откачивают на скважину.

В табл. 1 приведены характеристики тампонажных растворов до гидроактивации и при различных давлениях гидроактивации.

Пример 1. Готовят цементозольную смесь путем смешения 4 т тампонажного портландцемента, 4 т золы-уноса Новочеркасской ГРЭС, ГОСТ 25-818-91, состава, мас. %: CaO - 2,69; Al₂O₃ - 16,96; SiO₂ - 53,20; Fe₂O₃ - 0,89; MgO - 0,98; SO₃ - 0,14; окислы щелочных металлов - 2,97; прочие - 0,61. Полученную цементозольную смесь подают в бункер цементосмесительной машины 1. В бункер цементосмесительной машины 2 загружают 9 т барита. В бункер цементосмесительной машины 3 загружают 3 т барита. В вакуумный гидросмеситель одновременно подают цементозольную смесь, из бункера цементосмесительной машины 1 - барит в количестве 9 т, из бункера цементосмесительной машины 2 и воду из емкости 9 агрегатом 5 под давлением 5,0 МПа. Тампонажный раствор из вакуумного гидросмесителя 4 по гидроэлеватору 6 сбрасывают в осреднительную емкость 7, где накапливают до полного освобождения бункеров цементосмесительных машин 1 и 2. Приготовленный раствор, плотностью 2,12 г/см³ и растекаемостью 18 см конусу АзНИИ, отбирают агрегатом 5 из осреднительной емкости 7 и подают на насадок гидросмесителя 4 под давлением 10,0 МПа, и по гидроэлеватору 6 вновь возвращают в осреднительную емкость 7. Рециркуляция тампонажного раствора проводят в течение 5 минут. После рециркуляции растекаемость тампонажного раствора составляет 23 см по конусу АзНИИ. Затем осуществляют процесс доутяжеления раствора. Для этого из бункера смесительной машины 3 в воронку гидросмесителя 4 разгружают оставшиеся 3 т барита при продолжении рециркуляции. После усреднения плотности тампонажного раствора в осреднительной емкости 7 его плотность равна 2,20 г/см³, а растекаемость - 22 см по конусу АзНИИ.

Для оценки качества тампонажного раствора формуют цементные балочки и помещают их в автоклав для формирования цементного камня. Формирование цементного камня ведут в течение 24 часов в автоклаве при температуре 60^oC и давлении 10 МПа.

По истечении 24 часов формы извлекают из автоклава, освобождают цементные балочки и определяют их прочность на изгиб и сжатие.

Результаты испытаний приведены в табл.2.

Составы тампонажных растворов, параметры способа приготовления тампонажных растворов и результаты испытаний, по примерам 2-8, приведены в табл.2.

Примеры 9 и 10 осуществляют по прототипу.

Составы тампонажных растворов и результаты испытаний приведены в табл.2.

Заявляемые тампонажный раствор и способ его приготовления, по сравнению с прототипом, позволяют получить тампонажный раствор повышенной плотности и повысить термостойкость и прочность цементного камня при креплении скважин, вскрывающих пласты с аномально высокими пластовыми давлениями в интервале температур 60-140^oC.

Источники информации 1. Н. И. Дон. Новые добавки к цементам для крепления глубоких скважин. Гостоптехиздат, 1963, с.81-82.

2. В. С. Данюшевский. Справочное руководство по тампонажным материалам. Недра, М., 1973, с.98 - прототип.

3. Патент РФ N 2106479, E 21 B 33/138, 1998.

4. А.с. N 935597, E 21 B 21/06, 1982 - прототип.

Формула изобретения

1. Тампонажный раствор для крепления скважин, вскрывающих пласты с аномально высокими пластовыми давлениями в интервале температур 60 - 140^oC, содержащий тампонажный портландцемент, барит и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит золу-унос ГРЭС, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Тампонажный портландцемент - 15,38 - 25,74 Барит - 22,06 - 46,15 Зола-унос ГРЭС - 15,38 - 25,74
Вода - Остальное
2. Тампонажный раствор по п.1, отличающийся тем, что зола-унос ГРЭС содержит не менее 44,0 мас.% двуокиси кремния.

3. Способ приготовления тампонажного раствора для крепления скважин, включающий смешение тампонажного портландцемента с баритом и водой, гидроактивацию раствора при повышенном давлении, отличающийся тем, что для крепления скважин, вскрывающих пласты с аномально высокими пластовыми давлениями в интервале температур 60 - 140^oC, предварительно тампонажный портландцемент смешивают с золой-уносом ГРЭС, затем полученную смесь вводят в вакуумный гидросмеситель одновременно с 70 - 80 мас.% барита от его расчетного количества и водой, подаваемой под давлением, осуществляют перемешивание раствора, после чего его гидроактивируют путем рециркуляции через гидросмеситель и вводят оставшийся барит.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что гидроактивацию раствора при давлении 8,0 - 12,0 МПа повторяют несколько раз.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3