Тампонажный раствор

 

О П И С Д Н И Е,„726306

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ бкбп кс .,3ке",,л-

Союз Советскик

Соцкалистмчеснмк

Республик (6I ) fl,îï0ëíèòåëüíoå к авт. свил-ву (22) Заявлено 21.06.77 (21) 2501377/22-03 (51) М. Кл.

Б 21 В 33/138 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет (23) Приоритет оо делом иэобретеиий н открытий

Опубликовано 05.04.80. Бюллетень ¹ 13 (53) УД К 622.243.. 1 3 (088.8 ) Дата опублккования описания 08.04 80

В. С, Бакшутов, В. В. Симонов, В. В. Бондаренко, В, Н. Никитин, Л, И. Пер ик, В. П. Детков и А. И. Чайников (72) Авторы изобретения

Московский ордена Трудового Красного Знамени институт нефтехимической и газовой промышленности им. И. № Губкина (71) Заявитель (54) ТАМПОНЛЖНЫЙ PACTBOP

Изобретение относится к горной, нефте-газодобывающей промышленности, в частности к получетнпе тампонажного раствора для цементировация нефтяных и газовых скважин при низких положительных

5 и отрицательных температурах, в том числе в зоне вечной мерзлоты, в интервале от +15 до -10 С, Известны составы на основе минеральных вяжущих, наполнителей и пенообразователей с величиной порядка 0,450,60 ккал-м ч град. Примером такого рода состава является пенобетон, состоящий из смеси цемента, наполнптеля (песка), воды, пенообразователя и стабилизатора пены. В качестве пепообразователя в нем могут применяться гидролизованная кровь, клееканифоль, смолосапонин, алюмосульфонафтены, а в качестве стабилизатора пены - животный клей, жидкое стекло, >о сернокислое железо. Количественные соотношения ком..онентов в зависимости от марки пенобетона могут быть самыми различными 1

11едостатки этого состава состоят в том, что он обеспечивает получение пенобетонных изделий лишь при температуре

75 и 175 .С (при пропаривании и запарке в автоклавах) с последующей их сушкой и зашитой поверхности гидрофобизируюшими покрытиями. Однако îí a6comoTно непригоден для цементирования скважин, тем более при низких положительных и отрицательных температурах, так как в этих условиях он практически не твердеет, Коэффициент его теплопроводности (4""0,5 ккал/м ч град) слишком высок и, главное, со временем повышается до

1,2 ккал/ (как у обычного цемента), м ч град так как водопоглошение по обьему составляет около 50 . Кроме того, получаемая пена не является устойчивой в процессе перекачки по трубам и при повышении давления. Камень обладает высокой проницаемостью и высокой сорб- цпонной влажностью, что определяет его крайне. низкую морозостойкость при мно726306

11ель изобретения - снижение коэффициеита теплонроводности TBMnogamHOTe -30 раствора при одновременном предотвращении растепления скважин за счет создания высокократной термобаростабильной пены.

Поставленная цель достигается тем, что тампонажный раствор дополнительно 3s содержит эмульгатор, пенообразователь, кремнийорганическую полимерную жидкость и воздух при следующем соотношении ингредиентов, вес.Ъ:

Минеральное вяжущее 33-55

Наполнитель 12-16

Пенообразователь О, 05 -1,5

Змулььгатор 0,005 -0,5

Кремнийорганическое олимерное соединение 0,5 -4,0 .Воздух 0,1 -0,5

Калийно-щелочная жидкость эатворения Остальное

В качестве минерального вяжущего применяют различного рода цементы си- И ликатного или алюминатного твердения, известь, магнезиальные цементы; в качестве наполнителей - песок; трепел, глины, окислы типа А1 0, Ге О и т.д.. в качестве незамерзающей калиййо-щелочной жидкости затворения 2-20 вес.ч.

КСН + 2-20 вес.ч. К СО в соотношении

1:1 на.75-125 вес.ч. Н О, В качестве

45 гократнсм замерзании — оттаивании; камень имеет большую усадку, по ведет к "растрескиваник .

Наиболее близким техническим решением. является тампонажный раствор для 5 цементирования скважин при низкйх положительных и отрицательных температурах, содержащий минеральное вяжущее и н замерзаюшую жидкость затворения, например цемент 150»250 вес.ч. и калийно-щелочную жидкость затворения, состоящую лэ К СО (2-20 вес.ч.), КОН (2-20 вес;ч.) и воды (75-125 вес.ч.).

В состав указанного раствора могут входить и обычные наполнители, например песок 2

Недостатками такого тампонажного раствора является то, что он расчитан на достижение вйсокой теплоизолируюшей способности цементного кольца в затрубном пространстве скважины, эа счет низкого коэффициента теплопроводности (для них величина Л составляет около 1 м ч град в связи с чем он не может предотвра-5 тить растепление мерзлоты прн бурении и тем более при эксплуатации скважин. пенообраэователя — м -олефппсульфопат, афрокс — 200, эмулътал или. синтанол, в качестве эмулы атора — бутоксиэросил, аэросил; в качестве кремнийорганической полимерной жидкости - алкилполисилоксан, диоксидисилоксан, алкил-и арилгидридсилсесквиоксаны, этиловый эфир ортокремниевой .кислоты.

В этом растворе незамерзающая калийнскцелочная. жидкость эатворения обеспечивает -нормальное твердение вяжущего при температурах (+15)-(-10) С (с понижением температуры количество КОН и

К СО увеличивается, оптимальная их концейтрация подбирается обычным способом в лабораторных условиях для конкретных условий цементирования — температуры пород, сроков схватывания и т д. — в указанных выше интервалах); жидкийэмульгатор (пенообразователь) обеспечивает получение высокодисперсной пены, твер» дый эмульгатор обеспечивает ее термобароустойчивость. Кремнийорганическая полимерная жидкость обеспечюает снижение до минимума водо-газопроницаемость камня за счет своей полимеризации в его порах, кроме того, она дополнительно гидрофобиэирует камень при указанных температурах. В щелочной среде эмульгатор способствует дополнительной поризации камня за счет выделения водорода.

Все вместе взятые, дополнительно введенные ингредиенты обеспечивают снижение коэффициента теплопроводности камня тампонажного пеноцемента до величины порядка 0,2-0,3 икал/м.ч.град.

При приготовлении тампонажного раст- вора (рецептура Л 1), оптимальная для (-5 оС) в лабораторных условиях

49 вес о сухой смеси из серийного там. понажного цемента для холодных скважин Чернореченского цементного завода с наполнителями (в смесь входит

70 вес.%, цемента — 34,4/о от всего раствора, 27 вес. о кварцевого песка, 3 вес.% бетонита и 0,05 вес.7 окислов тица высокодисперсного глинозема14,6 весЛ от всего раствора) затворяется 50 вес. о калийнсьщелочной жидкости затворения (5 вес.ч. К СО+ 5 вес.ч.

КОН на 100 вес.ч. Н О). В состав тампонажхого раствора также вводится

0,1 вес. о с(-олефинсульфоната, 0,1 вес.А эмульгатора (бутоксиаэросип) и0,7 вес. 4 стандартной кремнийорганической полимерной жидкости (ГКЖ-94). После этого в полученный тампонажный раствор вво26:.306, =-0,2 — 0,3 ккал/м. ч град, причем даже при содержании в порах (общая пористостьЕ =70io) 10-15 <> жидкости затворония, величина Л=0,3-0,4 ккал/м ч.град, 5 т.е. достаточно низка, что является весьма благоприятным.

Минеральное вяжущее

И анолнители

30,0 60,0

20,0 . 10,0

34,4

52,445

12,0

33,0

44,5

49,5

35,0

0,5

0,005

50,0

21,7

1,5 0,03

0,5 0,003

Пенообразователь

= мульгатор

0,1

1,7

0,8

0,1

4,0 0,4

0,5 0,067

0,5

5,0

0,7

0,1

0,8

0,1

Воздух

Сумма: 100,0

Пеноцементный тампонажный раствор в заданных интервалах содержания компонентов обеспечивает нормальные реологические свойства цементного раствора, нормальный процесс его затворения и 4а твердения и нормальные физико механические свойства цементного камня соотв.

ТУ на 21-1-6-67 на облегченные тампонажные цементы для обычных и повьш енных температур при значениях коэффици- 4s ента теплопроводности Л =-0,20,3 ккал/м- ч-град, что позволяет сделать вывод об эффективности его промышленного применения для цементирования скважин в наиболее тяжелых условиях, т.е. в 5О вечной мерзлоте..

Данный тампонажный, раствор является

1 технико-экономически эффективным — эф фективность от его применения составляет не менее 18 тыс.руб. на 1 скважину про- 5 буренную в зоне вечной мерзлоты, Формула изобретения

Тампонажный раствор для цементироиания нефтяных и газовых скважин в ус33-55

12-16

0,05-1,5

0,005-0,5 итси воздух в количестве 0,1 вес,",о, r,e. раствор вспенивается. Плотность раз створа составляет около 1,00-1,20 г/см: растекаемость, например при (-5) С и

В/U порядка 0,6, составляет около.20см по конусу АзИИИ„начало схватыванияоколо 6 ч., конец схватывания - около

10 ч; время загустевания - около 8 ч с момента затворения; прочность стандартного образца на сжатие через 2 сут составляет около 20 кгс/см, на изгиб около 7 кгс/см; газопроницаемостьР. около 5 мд; водопроницаемость - около

3 мд; коэффициент теплопроводности

Калийно.сделочная жидкость затворения

Кремнийорганическое полимерное соединение

Аналогичным способом получают тампонажные растворы рецептур 2-5 (cM. таблицу) (2-по нижнему пределу, 3- по верхнему пределу, 4- ниже нижнего предела, 5 — выше верхнего предела), для которых также проводят полный цикл испытаний.

100,0 100,0 100,0 100;0 ловиях низких положительных и отрицательных температур, содержащий минеральное вяжущее, наполнитель и калийно-щелочную жидкость затворения, о т л и— ч а ю ш и и с я тем, что, с целью снижения коэффициента теплопроводности ра. створа при одновременном предотвращении растепления скважин за счет создания высоко-кратной термобаростабильной пены, раствор дополнительно содержит пенообразователь, а именно e(--олефинсульфонат или эмультал или синтанол; эмульгатор, а именно аэросил или бутоксиаэросил; крем= нийорганическое полимерное соединение, а именно алкилполисилоксан или диоксид.исилоксан или алкилгидридсилсесквиоксан . йли арилгидридсилсесквиоксан, или этиловый эфир ортокремниевой кислоты и воздух, при следукипем соотношении ингредиентов, вес,%:

Минеральное вяжущее

Наполнитель

Пенообразователь

Эмульгатор

726306

Составитель Г. Сапронова

Редактор В. Зарванская Техред М. Петко

Корректор В, Синицкая

Заказ 860/20 Тираж 626

UHHHIIN Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Mociaa, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Подписное

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Кремнийорга пг.еское по лимерное соединение 0,5-4,0

Воздух 0,1-0,5

Калийно- л елочная жидкость затворепия (Зстальное

Источнихи информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Горчаков Г. II. и др, Ияжушие вещества, бетоны и изделия из них. Высшая школа, M., 1976, с. 1533 56.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке И 2167741, 13.10.76 .