Облегченный тампонажный раствор

 

Изобретение относится к тампонажным растворам, используемым для цементирования обсадных колонн газовых, газоконденсатных или нефтяных скважин и позволяет улучшить тампонирующие свойства облегченного раствора за счет снижения его водоотдачи. Облегченный тампонажный раствор, включающий портландцемент тампонажный, алюмосиликатные полые микросферы и 4%-ный раствор хлорида кальция, дополнительно содержит понизитель водоотдачи - комплексный реагент ПС при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: портландцемент тампонажный 52,96-53,09, алюмосиликатные полые микросферы 9,34-9,37, комплексный реагент ПС 0,06-0,31 и 4%-ный раствор хлорида кальция 37,38-37,48. Технический результат - разработка облегченного тампонажного раствора плотностью 1,46 г/см³ с водоотдачей через глинистую корку 20-30 см³ за 30 мин. 1 табл.

Изобретение относится к тампонажным растворам, используемым для цементирования обсадных колонн газов, газоконденсатных или нефтяных скважин, и позволяет улучшить тампонирующие свойства облегченного раствора за счет снижения его водоотдачи.

Низкая водоотдача тампонажного раствора позволяет уменьшить загрязнение породы фильтратом раствора и предотвратить чрезмерную усадку тампонажного камня, т. е. более полно заполнить затрубное пространство тампонирующим материалом.

Благодаря добавкам-понизителям водоотдачи предотвращается обезвоживание тампонажного раствора в интервале залегания проницаемых пород, а следовательно, и возможность образования пробок, препятствующих движению раствора в затрубном пространстве. В свою очередь, предовращение пробкообразования устраняет возможность гидроразрыва пластов и уход в них тампонажного раствора.

Известен тампонажный раствор, содержащий в качестве понизителя водоотдачи карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ) (В.С. Данюшевский и др. Справочное руководство по тампонажным материалам, М.: Недра, 1987 г. - с. 204).

Недостатком известного тампонажного раствора являются замедленные сроки схватывания. При добавке в такой тампонажный раствор ускорителя схватывания, в частности наиболее распространенного хлорида кальция, действие КМЦ как понизителя водоотдачи снижается, т.к. карбоксиметилцеллюлоза недостаточно устойчива в присутствии большого количества ионов кальция.

Наиболее близким по составу и назначению является облегченный тампонажный раствор, содержащий портландцемент тампонажный, алюмосиликатные полые микросферы и 4%-ный раствор хлорида кальция (пат. РФ 2151271, Е 21 В 33/138, опубл. 20.06.2000 г.).

Задачей изобретения является повышение качества крепления скважин за счет снижения водоотдачи облегченного тампонажного раствора. Как известно, снижение водоотдачи раствора позволяет исключить поступление фильтрата в проницаемые пласты и более успешно цементировать колонну.

Техническим результатом заявляемого изобретения является разработка облегченного тампонажного раствора плотностью 1,46 г/см³ с водоотдачей через глинистую корку 20-30 см³ за 30 минут.

Сущность изобретения заключается в том, что заявляемый облегченный тампонажный раствор, включающий портландцемент тампонажный, алюмосиликатные полые микросферы и 4%-ный раствор хлорида кальция, дополнительно содержит понизитель водоотдачи - комплексный реагент ПС при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Портландцемент тампонажный - 52,96-53,09 Алюмосиликатные полые микросферы - 9,34-9,37 Комплексный реагент ПС - 0,06-0,31 4%-ный Раствор хлорида кальция - 37,38-37,48 Таким образом, сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый облегченный тампонажный раствор отличается от известного введением нового компонента - комплексного реагента ПС, т.е. заявляемое изобретение отвечает критерию "новизна".

Поскольку использование изобретения позволяет осуществить существующую потребность, заявляемое изобретение отвечает критерию "изобретательский уровень".

Алюмосиликатные полые микросферы выпускаются по ТУ 21-22-37-94 и представляют собой легкий сыпучий порошок серого цвета, состоящий из отдельных полых частиц сферической формы размером в пределах 30-350 мкм, химический состав оболочки микросфер, мас.%: SiO₂ 50-60; Al₂O₃ 25-35; Fe₂O₃ 1,8-2,0; CaO 1-5; MgO 0,5-1,5; Na₂O 0,3-0,5; К₂O 0,2-2,9. Алюмосиликатные микросферы получают из водной суспензии золы тепловой электростанции, используют при производстве теплоизоляционных материалов.

Комплексный реагент ПС на основе эфиров целлюлозы выпускают по ТУ 6-55-221-1399-95. Реагент получают в результате смешения оксиэтилцеллюлозы, карбоксиметилкрахмала и наполнителя. Наполнителем служит мел природный технический дисперсный марки МТД-2 или мел природный обогащенный марки ММС-1 (ММС-2). Комплексный реагент ПС предназначен для приготовления высокоминерализованных жидкостей.

Сравнительные данные свойств заявляемого состава в предельных (составы 1-5) и запредельных значениях ингредиентов (составы 6-7) приведены в табл. 1.

В представленных экспериментальных данных использовали портландцемент тампонажный - ПЦТ 1-50 ГОСТ 1581-96 ОАО "Сухоложскцемент", алюмосиликатные полые микросферы по ТУ 21-22-37-94, комплексный реагент ПС по ТУ 6-55-221-1399-95, хлористый кальций по ГОСТ 450-77 и воду водопроводную по ГОСТ 2874-82.

Определение основных свойств облегченного тампонажного раствора и камня производили при температуре 20±2^oС и атмосферном давлении в соответствии ГОСТ 26798.1-96 "Цементы тампонажные. Методы испытаний". Плотность тампонажного раствора определяли пикнометром, растекаемость - по конусу АзНИИ, сроки схватывания - иглой Вика, предел прочности камня на изгиб - на испытательной машине МИИ-100, предел прочности камня на сжатие - на гидравлическом прессе П-10, водоотдачу тампонажного раствора определяли на приборе ВМ-6. Для того чтобы приблизить результаты исследований к реальным условиям скважины, водоотдачу определяли через глинистую корку, которая по данным геофизических исследований составляет 1-2 мм.

Облегченный тампонажный раствор готовили следующим образом.

Необходимое количество комплексного реагента ПС растворяют в 4%-ном растворе хлорида кальция. Затем на полученном растворе при непрерывном перемешивании затворяют смесь тампонажного портландцемента с полыми алюмосиликатными микросферами в заданных соотношениях.

Пример.

Для приготовления 1 кг тампонажного раствора (состав 3, таб.1) необходимо взять 374,3 г 4%-ного раствора СаСl₂, в который ввести 180 г комплексного реагента ПС, перемешать на лабораторной мешалке до полного растворения. Затем приготовить сухую тампонажную смесь из 530,2 г цемента и 93,5 г алюмосиликатных полых микросфер, которую затворить заранее приготовленным раствором. Состав перемешивают в течение 3 мин, после чего определяют водоотдачу тампонажного раствора и одновременно его растекаемость, затем плотность. Раствор заливают в формы для определения сроков схватывания, предела прочности камня на изгиб и сжатие. После определения сроков схватывания и до времени испытания на изгиб и сжатие образцы хранят в воде при температуре 20±2^oС. Камень испытывают на прочность через 2 сут.

Результаты испытаний приведены в табл.1. Приготовленный состав 3 имеет плотность 1,46 г/см³, растекаемость - 215 мм, водоотдача за 30 мин через глинистую корку - 24 см³, начало схватывания через 5 ч 25 мин, конец схватывания - 6 ч 05 мин, предел прочности камня на изгиб составляет через 2 сут 20 МПа, а на сжатие - 6,5 МПа. Примеры приготовления и испытания остальных составов, приведенных в табл.1, аналогичны вышеописанному.

Для выявления отличительных признаков и положительного эффекта изменяли массовое соотношение ингредиентов.

При этом заявляемый тампонажный раствор удовлетворяет требованиям ГОСТ 1581-96 по всем основным технологическим параметрам (сроки схватывания, предел прочности камня на изгиб, на сжатие).

Однако увеличение содержания в растворе комплексного реагента ПС более 0,31 мас. % не рекомендуется, т.к. снижается растекаемость раствора им уже при содержании реагента 0,37 мас.% и составляет 175 мм, что не соответствует требованиям ГОСТ (табл.1, состав 7).

Предлагаемый облегченный тампонажный раствор позволяет повысить качество крепления колонн, т.к. снижение водоотдачи до 19 см³ значительно уменьшает вероятность поступления фильтрата в проницаемые слабосвязанные пласты, что очень важно при креплении скважин с низкими положительными и отрицательными температурами окружающих пород.

Формула изобретения

Облегченный тампонажный раствор, включающий портландцемент тампонажный, алюмосиликатные полые микросферы и 4%-ный раствор хлорида кальция, отличающийся тем, что он дополнительно содержит понизитель водоотдачи - комплексный реагент ПС при следующем соотношении ингредиентов, мас. %: Портландцемент тампонажный - 52,96-53,09 Алюмосиликатные полые микросферы - 9,34-9,37 Комплексный реагент ПС - 0,06-0,31
4%-ный раствор хлорида кальция - 37,38-37,48

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2