Облегченный тампонажный раствор

Изобретение относится к тампонажным растворам, используемым при первичном и ремонтном цементировании обсадных колонн в газовых, газоконденсатных и нефтяных скважинах. Техническим результатом является повышение качества цементирования скважин за счет снижения реологических показателей облегченного тампонажного раствора и повышения прочности сцепления формирующегося цементного камня с колонной.

Облегченный тампонажный раствор, содержит, мас.%: портландцемент тампонажный - 53,02, алюмосиликатные полые микросферы - 9,35, в качестве жидкости затворения - 4-6%-ный раствор хлоркалия-электролита остальное. 1 табл.

 

Изобретение относится к тампонажным растворам, используемым при первичном и ремонтном цементировании обсадных колонн в газовых, газоконденсатных и нефтяных скважинах.

Известен облегченный тампонажный раствор, включающий портландцемент тампонажный - 45,5-48,6%, глинопорошок - 8,5-19% и хлорид кальция - 1,7-1,9% [B.C.Данюшевский, P.M.Алиев, И.Ф.Толстых. Справочное руководство по тампонажным материалам. - М.: Недра, 1987. - С.117]. Недостатком известного облегченного тампонажного раствора является его высокая плотность (не менее 1560 кг/м³) и низкая прочность цементного камня на изгиб при температурах 22±2°С.

Наиболее близким по составу и назначению является облегченный тампонажный раствор, содержащий портландцемент тампонажный - 53,02%, алюмосиликатные полые микросферы - 9,35%, 4%-ный раствор хлорида кальция и комплексный реагент ПС - 0,178% [Патент РФ №2196876, Е 21 В 33/138, опубл. 20.01.2003 г., бюл.2 (прототип)].

Существенными недостатками этого раствора являются высокие пластическая вязкость и динамическое напряжение сдвига, низкая прочность сцепления цементного камня с колонной. Высокие значения пластической вязкости и динамического напряжения сдвига способствуют созданию дополнительных гидравлических сопротивлений при цементировании скважин, гидроразрыву пластов с поглощением раствора и недоподъему его до проектной высоты. Недостаточная прочность сцепления цементного камня с обсадной колонной способствует нарушению герметичности заколонного пространства в процессе выполнения перфорационных работ.

Задачей заявляемого изобретения является разработка облегченного тампонажного раствора плотностью 1450 кг/м³ с низкими пластической вязкостью и динамическим напряжением сдвига, формирующего цементный камень, характеризующийся повышенной прочностью сцепления с обсадной колонной.

Техническим результатом является повышение качества цементирования скважин за счет снижения реологических показателей облегченного тампонажного раствора и повышения прочности сцепления формирующегося цементного камня с колонной.

Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом облегченном тампонажном растворе, содержащем 53,02% портландцемента тампонажного, 9,35% алюмосиликатных полых микросфер, в качестве жидкости затворения используется 4-6%-ный раствор хлоркалия-электролита, что позволяет понизить реологические показатели облегченного тампонажного раствора и повысить прочность сцепления формирующегося цементного камня с колонной.

Тампонажный раствор готовится при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: портландцемент тампонажный - 53,02; алюмосиликатные полые микросферы - 9,35; 4-6%-ный раствор хлоркалия-электролита - остальное.

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; Аl₂О₃ 25-35; Fе₂О₃ 1,8-2,0; CaO 1-5; MgO 0,5-1,5; Na₂O 0,3-0,5; К₂О 0,2-2,9. Алюмосиликатные микросферы получают из водной суспензии золы тепловой электростанции, используют при производстве теплоизоляционных материалов.

Хлоркалий-электролит выпускается по ТУ 1714-453-05785388-99 и представляет собой гранулы серого цвета с размером частиц от 3 до 5 мм. Хлоркалий-электролит является побочным продуктом при производстве магния электролизом из карналлита, используется в качестве флюсов в металлургическом производстве, а также в сельском хозяйстве для внесения в почву при выращивании сельскохозяйственных культур. Состав товарного продукта хлоркалия-электролита, мас.%: хлорида калия (КСl) не менее 68 (в пересчете на оксид калия К₂О не менее 43); хлорида магния (MgCl₂) не менее 4-9 (в пересчете на оксид магния MgO не менее 1,7-3,8); хлорида натрия (NaCl) 12-24 (в пересчете на оксид натрия Na₂O 6-13) хлорида кальция (СаСl₂) 0,7-1,4 (в пересчете на оксид кальция СаО 0,4-0,7); воды не более 4,0. Сертификат о использовании данного продукта в нефтяной и газовой промышленности: 153.39. RU. 245860.00.560.10.03 от 8.10.03 г.

В представленных экспериментальных данных использовали портландцемент тампонажный ПЦТ СС 1-50 по ГОСТ 1581-96, алюмосиликатные полые микросферы по ТУ21-22-3 7-94, хлоркалий-электролит по ТУ 1714-453-05785388-99 и воду водопроводную по ГОСТ 2874-82.

Определение основных свойств облегченного тампонажного раствора и камня производили при температуре 22±2°С и атмосферном давлении в соответствии с ГОСТ 26798.0-26798.2.

Реологические свойства облегченного тампонажного раствора (пластическая вязкость и динамическое напряжение сдвига) определяли на ротационном вискозиметре “Farm 35 А” в соответствии с методикой, приведенной в работе [А.И.Булатов, С.А.Шаманов. Проблемы механики крепления и цементирования нефтяных и газовых скважин, т.2. - Изд-во: OOO “Просвещение-ЮГ”, 2002. - С.80-84].

Прочность сцепления цементного камня с колонной определяли в соответствии с методикой, приведенной в работе [B.C.Данюшевский, P.M.Алиев, И.Ф.Толстых. Справочное руководство по тампонажным материалам. - М.: Недра, 1987. - С.350-353].

Облегченный тампонажный раствор готовят следующим образом. Необходимое количество хлоркалия-электролита растворяют в воде для получения 4-6%-ного раствора. Затем на полученном растворе при непрерывном перемешивании затворяют смесь тапонажного портландцемента с полыми алюмосиликатными микросферами в заданных соотношениях.

Пример. Для приготовления 1 кг облегченного тампонажного раствора (состав 3, таблица) необходимо взять 376,3 г 4%-ного раствора хлоркалия-электролита, в котором затворить 623,7 г сухой тампонажной смеси, состоящей из 530 г портланцемента тампонажного и 93,7 г алюмосиликатных полых микросфер. Раствор перемешивают в течение 3 мин, после чего определяют его растекаемость, плотность, пластическую вязкость, динамическое напряжение сдвига и заливают в формы для определения предела прочности камня на изгиб и прочности сцепления его с колонной.

Были приготовлены известный облегченный тампонажный раствор, включающий портландцемент тампонажный, алюмосиликатные полые микросферы, 4%-ный раствор хлорида кальция и комплексный реагент ПС (1 состав, таблица), и пять составов облегченного тампонажного раствора в соответствии с изобретением (портландцемент тампонажный, алюмосиликатные полые микросферы и 4-6%-ный раствор хлокалия-электролита) с средним (3 состав), граничными (2,4 составы) и заграничными (5,6 составы) значениями компонентов.

Результаты испытаний приведены в таблице. Полученные данные свидетельствуют о том, что предлагаемый облегченный тампонажный раствор с оптимальным соотношением компонентов обладает лучшими свойствами, чем известный, а именно характеризуется меньшей пластической вязкостью и динамическим напряжением сдвига, а сформированный из него цементный камень имеет повышенную (в 1,5 раза) прочность сцепления с колонной.

Облегченный тампонажный раствор, включающий портландцемент тампонажный, алюмосиликатные полые микросферы и жидкость затворения, отличающийся тем, что в качестве жидкости затворения содержит 4-6%-ный раствор хлоркалия-электролита при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Портландцемент тампонажный 53,02

Алюмосиликатные полые микросферы 9,35

4-6%-ный раствор хлоркалия-электролита Остальное