Облегченный тампонажный раствор, тампонажный раствор для продуктивной зоны скважины и способ цементирования скважин
Владельцы патента RU 2255204:
Кошелев Владимир Николаевич (RU)
Нижник Алексей Евстафьевич (RU)
Рябова Любовь Ивановна (RU)
Изобретение относится к строительству нефтяных и газовых скважин и направлено на создание облегченного тампонажного раствора и тампонажного раствора с высокими изолирующими свойствами в продуктивной зоне пласта, а также способа цементирования скважин. Технический результат - обеспечение полного заполнения и надежного сцепления камня с породой и обсадной трубой. Облегченный тампонажный раствор, включающий портландцемент, облегчающую добавку, оксихлорид алюминия и воду, в качестве облегчающей добавки содержит добавку из группы: глина, трепел, диатомит, вермикулит, перлит, а в качестве оксихлорида алюминия, по крайней мере, одно соединение из группы: гидрооксихлорид алюминия, пентаоксихлорид алюминия, тетраоксихлорид алюминия при следующем соотношении компонентов, в мас.ч.: портландцемент 100, указанная облегчающая добавка 5-10, указанный оксихлорид алюминия 0,05-1, вода - до получения водоцементного отношения 0,6-1,4. Тампонажный раствор для продуктивной зоны скважины, включающий портландцемент, оксихлорид алюминия и воду, содержит в качестве оксихлорида алюминия, по крайней мере, одно соединение из группы: гидрооксихлорид алюминия, пентаоксихлорид алюминия, тетраоксихлорид алюминия и дополнительно понизитель водоотдачи и пеногаситель при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: портландцемент 100, указанный оксихлорид алюминия 0,05-4, понизитель водоотдачи 0,2-0,6, пеногаситель 0,02-0,06, вода - до получения водоцементного отношения 0,45-0,50, причем указанный тампонажный раствор может дополнительно содержать ускоритель и/или пластификатор в количествах 0,04-0,6 мас.ч. каждый. В способе цементирования скважин, включающем промывку буферным раствором с последующей закачкой тампонажного цементного раствора, после промывки буферным раствором осуществляют последовательную закачку “загущенной пачки” тампонажного раствора - силиката металла, указанного облегченного тампонажного раствора, а затем указанного тампонажного раствора для продуктивной зоны скважины. Тампонажный раствор для продуктивной зоны скважины может дополнительно содержать ускоритель и/или пластификатор в количествах 0,04-0,6 мас.ч. каждого. 3 н. и 2 з.п. ф-лы., 2 табл.
Изобретение относится к строительству нефтяных и газовых скважин и может быть использовано при приготовлении тампонажных растворов с высокими изолирующими свойствами и цементировании скважин.
Известен облегченный тампонажный раствор, содержащий портландцемент, полые микросферы и воду (US №4305758, 15.12.1981). Однако данный состав из-за наличия водоотстоя, плохого сцепления раствора и камня с породой и обсадной трубой, не обеспечивает надежной изоляции пластов.
Наиболее близким техническим решением является облегченный тампонажный раствор, включающий портландцемент, гидрооксихлорид алюминия, микросферы и воду (RU №2165006 С1, 10.04.2001). К недостаткам этого раствора следует отнести высокую водоотдачу, способствующую быстрому отфильтровыванию воды при его закачке в скважину и, как следствие, быстрому загустеванию тампонажного раствора, неполному заполнению затрубного пространства и снижению его изолирующей способности.
Известен тампонажный раствор для продуктивной зоны скважин, содержащий портландцемент, ускоритель схватывания, основной хлорид алюминия (ОХА) и воду (SU №1435662, А1, 1985). Недостатком данного раствора является его быстрое загустевание при увеличении концентрации оксихлорида алюминия и также неполное заполнение заколонного пространства, приводящее к осложнениям при цементировании.
Наиболее близким к предлагаемому решению является тампонажный раствор включающий портландцемент, оксихлорид алюминия и воду (RU №2068490 С1, 27.10.1996). Однако он имеет существенный недостаток - высокую водоотдачу. Быстрое отфильтровывание воды и загустевание тампонажного раствора затрудняет прокачку, вызывает загрязнение продуктивного пласта и отрицательно влияет на изолирующую способность раствора.
Известен способ цементирования скважин, включающий закачку цементного раствора через трубное пространство НКТ и продавливание его буровым раствором (SU №46034, А1, 1973). Однако с его помощью не обеспечивается максимальное сцепление камня с породой и обсадной трубой, полное заполнение и надежная изоляция заколонного пространства.
Более близким к предлагаемому техническому решению является способ цементирования скважины, включающий промывку ее буферным раствором с последующей закачкой тампонажного цементного раствора (SU №1774986 А2, 07.11.1992). Данный способ имеет следующие недостатки:
- по данным АКЦ обеспечивает не более 50% сплошного контакта цементного камня с колонной и породой;
- не отвечает специфике применения растворов в продуктивной зоне. Задачей изобретения является разработка облегченного тампонажного раствора, тампонажного раствора для продуктивных зон скважины и способа цементирования нефтяных и газовых скважин, повышающих заполнение заколонного пространства, изолирующую способность и обеспечивающих надежное сцепление раствора и камня с породой и обсадной трубой (до 100% по прибору АКЦ).
Сущность изобретения заключается в том, что облегченный тампонажный раствор, включающий портландцемент, облегчающую добавку, оксихлорид алюминия и воду, в качестве облегчающей добавки содержит добавку из группы: глина, трепел, диатомит, вермикулит, перлит, а в качестве оксихлорида алюминия, по крайней мере, одно соединение из группы: гидрооксихлорид алюминия, пентаоксихлорид алюминия, тетраоксихлорид алюминия при следующем соотношении компонентов, в мас.ч:
Портландцемент 100
Указанная облегчающая добавка 5-10
Указанный гидрооксихлорид алюминия 0,05-1
Вода - до получения водоцементного
отношения 0,6-1,4
Тампонажный раствор для продуктивной зоны скважины, включающий портландцемент, оксихлорид алюминия и воду, содержит в качестве оксихлорида алюминия, по крайней мере, одно соединение из группы: гидрооксихлорид алюминия, пентаоксихлорид алюминия, тетраоксихлорид алюминия и дополнительно, понизитель водоотдачи и пеногаситель при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Портландцемент 100
Указанный оксихлорид алюминия 0,05-4
Понизитель водоотдачи 0,2-0,6
Пеногаситель 0,02-0,06
Вода - до получения водоцементного
отношения 0,45-0,50
Тампонажный раствор для продуктивной зоны скважины может дополнительно содержать ускоритель и/или пластификатор в количествах 0,04-0,6 мас.ч. каждый.
Сущность предлагаемого способа цементирования заключается в том, что после промывки скважин буферным раствором осуществляют последовательную закачку “загущенной пачки” тампонажного раствора - силиката металла, указанного облегченного тампонажного раствора, а затем указанного тампонажного раствора для продуктивной зоны скважины.
В способе цементирования может использоваться заявляемый тампонажный раствор для продуктивной зоны скважины, дополнительно содержащий ускоритель и/или пластификатор в количествах 0,04-0,6 мас.ч. каждый.
Объем буферного раствора должен обеспечивать заполнение затрубного пространства для скважин с длиной цементируемого ствола
от 500 до 2000 м 150-200 м;
от 2000 до 3500 м 300-400 м;
более 3500 м 500 м.
Объем “загущенной пачки” должен обеспечивать заполнение затрубного пространства для скважин с длиной цементируемого ствола
от 500 до 2000 м 70-120 м;
от 2000 до 3500 м 150-180 м;
более 3500 м 200 м.
“Загущенная пачка” тампонажного раствора - силиката металла является своего рода “поршнем”, вытесняющим буровой раствор со стенок скважины, снижающим его остаточное количество и обеспечивающим высокую адгезию контактирующей поверхности стенок скважины и трубы с закачиваемым тампонажным составом как в зонах глинистых отложений, так и в зонах проницаемых пород.
Облегченный тампонажный раствор готовят путем смешивания компонентов.
Пример 1. Для приготовления облегченного тампонажного раствора на 100 мас.ч. цемента брали 10 мас.ч. глины, 1 мас.ч. гидрооксихлорида алюминия и 140 мас.ч. воды для получения водоцементного отношения 1,4. Все компоненты смешивали, а полученные растворы и камень испытывали согласно существующим ГОСТам.
Данные испытаний приведены в таблице 1, опыт 1.
Пример 2. Для приготовления облегченного тампонажного раствора на 100 мас.ч цемента брали 5 мас.ч трепела, 0,05 мас.ч. пентаоксихлорида алюминия и 60 мас.ч. воды для получения водоцементного отношения 0,6.
Все компоненты тщательно перемешивали и испытывали полученный раствор и цементный камень согласно существующим ГОСТам. Результаты испытаний приведены в таблице 1, опыт 2.
Пример 3. Для приготовления облегченного тампонажного раствора на 100 мас.ч. цемента брали 8 мас.ч. перлита, 0,8 мас.ч. смеси пентаоксихлорида алюминия и тетраоксихлорида алюминия в соотношении 1:1 и 100 мас.ч. воды для получения водоцементного отношения 1,0. Данные испытаний полученного тампонажного раствора и цементного камня приведены в таблице 1, опыт 3.
Пример 4. Аналогично примеру 1 готовили смесь компонентов, но вместо 1 мас.ч. гидрооксихлорида алюминия брали 0,5 мас.ч. тетраоксихлорида алюминия, а в качестве облегчающей добавки - вермикулит. Результаты испытаний раствора и камня приведены в таблице 1, опыт 4.
Пример 5. Аналогично примеру 1 готовили смесь компонентов, но вместо 1 мас.ч. гидрооксихлорида алюминия брали 1,0 мас.ч. тетраоксихлорида алюминия, а в качестве облегчающей добавки 8 мас.ч смеси диатомита и перлита в соотношении 1:1. Результаты испытаний раствора и камня приведены в таблице 1, опыт 5.
Как видно из таблицы 1, предлагаемый облегченный тампонажный раствор по основным технологическим свойствам превосходит раствор, приготовленный по патенту RU №2165006 С1 и, как показали дальнейшие испытания, обеспечивает высокое качество крепления.
Тампонажный раствор для продуктивной зоны также готовили путем смешивания компонентов.
Пример 6. На 100 мас.ч цемента брали 4 мас.ч. гидрооксихлорида алюминия, 0,6 мас.ч. понизителя водоотдачи, например метилцеллюлозы, 0,4 мас.ч. пеногасителя, например трибутилфосфата (ТБФ) и воду - 50 мас.ч. для получения водоцементного отношения 0,5. Смесь компонентов тщательно перемешивали и проверяли свойства раствора и камня согласно существующим ГОСТам. Результаты проверки представлены в таблице 2, опыт 6.
Пример 7. На 100 мас.ч. цемента брали 2 мас.ч. смеси пентаоксихлорида алюминия и тетраоксихлорида алюминия в соотношении 1:1, 0,4 мас.ч. понизителя водоотдачи, например сульфацелла, 0,2 мас.ч. пеногасителя, например Л-21024 (Лапрол) и 40 мас.ч. воды для получения водоцементного отношения 0,4. Все компоненты тщательно перемешивали и проверяли свойства раствора и камня по требованиям существующих ГОСТов. Результаты проверки представлены в таблице 2, опыт 7.
Пример 8. На 100 мас.ч. цемента брали 0,05 мас.ч. тетраоксихлорида алюминия, 0,2 мас.ч. понизителя водоотдачи, например сульфацелла, 0,2 мас.ч. пеногасителя, например, ТБФ, и 45 мас.ч. воды для получения водоцементного отношения 0,45. Испытывали раствор и камень согласно ГОСТ. Результаты представлены в таблице 2, опыт 8.
Пример 9. Брали компоненты, как в примере 6, и добавляли 0,6 мас.ч. пластификатора С-3. Результаты испытаний раствора и камня представлены в таблице 2, опыт 9.
Пример 10. Брали компоненты по примеру 6 и добавляли 0,6 мас.ч. ускорителя CaСl2. Результаты испытаний раствора и камня представлены в табл.2, опыт 10.
Пример 11. Брали компоненты по примеру 8 и добавляли 0,04 мас.ч. смеси пластификатора и ускорителя СаСl2 в соотношении (9:1) НТФ. Результаты испытаний раствора и камня представлены в таблице 2, опыт 11.
Из таблицы 2 видно, что заявляемый тампонажный материал обладает высокими технологическими показаниями и обеспечивает качественное цементирование скважины.
Примеры осуществления предлагаемого способа цементирования.
1. Исходные данные скважины:
- глубина 2750 м по вертикали, 3150 м - по стволу
- температура 87°С
- пластовое давление - гидростатическое 27,5 МПа
- диаметр скважины 0,2159 м
- диаметр эксплуатационной колонны 0,146 м
Для цементирования готовили облегченный тампонажный раствор по примеру 1, тампонажный раствор для продуктивной зоны - по примеру 6 и “загущенную пачку” высоковязкого, например, с плотностью 1,92 г/см3 тампонажного раствора - силиката натрия .
В скважину закачивали 6 м3 моющей буферной жидкости на основе буферного порошка МБПМ, “загущенную пачку” объемом 4 м3, которую продавливали как “поршень” с помощью расчетной порции (42 м) заявляемого облегченного тампонажного раствора, и далее - расчетное количество (10 м3) заявляемого тампонажного раствора для продуктивной зоны скважины и расчетное количество (40 м3) продавочной жидкости.
Были проведены замеры качества цементирования, которые показали хороший контакт цементного камня, образованного облегченным тампонажным раствором (78% сплошного контакта), а также цементного камня, образованного раствором для продуктивной зоны - 92% сплошного контакта со стенками колонны и с породой.
2. Аналогичные результаты были получены на скважинах с температурой 30°С.
3. Способ цементирования аналогичен описанному, но тампонажный раствор для продуктивной зоны готовили по примеру 10.
Результаты замеров качества цементирования также показали до 100% (АКЦ) сплошного контакта цементного камня в продуктивной зоне скважины.
Таким образом, заявляемый способ цементирования скважины обеспечивает качественное замещение бурового раствора цементным, образование камня высокого качества и сохранение проницаемости породы продуктивного пласта. 
1. Облегченный тампонажный раствор, включающий портландцемент, облегчающую добавку, оксихлорид алюминия и воду, отличающийся тем, что в качестве облегчающей добавки он содержит добавку из группы: глина, трепел, диатомит, вермикулит, перлит, а в качестве оксихлорида алюминия, по крайней мере, одно соединение из группы: гидрооксихлорид алюминия, пентаоксихлорид алюминия, тетраоксихлорид алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Портландцемент 100
Указанная облегчающая добавка 5-10
Указанный оксихлорид алюминия 0,05-1
Вода - до получения водоцементного
отношения 0,6-1,4
2. Тампонажный раствор для продуктивной зоны скважины, включающий портландцемент, оксихлорид алюминия и воду, отличающийся тем, что содержит в качестве оксихлорида алюминия, по крайней мере, одно соединение из группы: гидрооксихлорид алюминия, пентаоксихлорид алюминия, тетраоксихлорид алюминия и, дополнительно, понизитель водоотдачи и пеногаситель при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Портландцемент 100
Указанный оксихлорид алюминия 0,05-4
Понизитель водоотдачи 0,2-0,6
Пеногаситель 0,02-0,06
Вода - до получения водоцементного
отношения 0,45-0,50
3. Тампонажный раствор по п.2, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ускоритель и/или пластификатор в количестве 0,04-0,6 мас.ч. каждый.
4. Способ цементирования скважин, включающий промывку буферным раствором с последующей закачкой тампонажного цементного раствора, отличающийся тем, что после промывки буферным раствором осуществляют последовательную закачку “загущенной пачки” тампонажного раствора - силиката металла, облегченного тампонажного раствора по п.1, а затем тампонажного раствора для продуктивной зоны скважины по п.2.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что тампонажный раствор для продуктивной зоны скважины дополнительно содержит ускоритель и/или пластификатор в количестве 0,04-0,6 мас.ч. каждого.
