ОБЛЕГЧЕННЫЙ ТЕРМОСТОЙКИЙ ТАМПОНАЖНЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 1995 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к горному делу и может использоваться для цементирования нефтяных и газовых скважин с аномально низкими пластовыми давлениями.

Известен тампонажный состав, который для снижения водоотдачи содержит гипан (авт. св. N 1280111). Недостатком известного состава является то, что он не обладает плотностью, пригодной для цементирования в условиях аномально низких давлений.

Известен также тампонажный раствор, включающий цемент и гипан с добавками (авт. св. 991025), однако он не обеспечивает снижение водоотдачи при цементировании в условиях аномально низких давлений.

Наиболее близким по технической сущности является облегченный тампонажный материал, состоящий из вяжущего фильтровального перлита, и облегчающей стабилизирующей добавки [1] Недостатком известного состава является высокая газопроницаемость камня и низкая прочность.

Задачей изобретения является снижение водоотдачи раствора и газопроницаемости камня, а также повышение его прочности.

Для достижения этой задачи в известном тампонажном растворе, содержащем шлакопесчаную цементную смесь (марки ЩПЦС-120), фильтровальный перлит и глинистый материал слоисто-ленточного типа, в качестве глинистого минерала использован бентонитовый глинистый порошок, а в качестве понизителя водоотдачи-гипан при следующем соотношении ингредиентов, мас. Bяжущее 70-93,7 Фильтровальный перлит 10-3 Бентонитовый глинопорошок 19-2 Гипан 1,0-1,3
Фильтровальный перлит характеризуется следующим химическим составом, мас. SiO₂ 65-74; Al₂O₃ 12-15; Fe₂O₃ 1,5-2,5; CaO 1,5-2,5; MgO 0,5-1,5; R₂O₃ 5-7; п.п. 3-7.

Плотность 60-1400 кг/м³, влажность, не более 2, всплывающих частиц по весу не более 12%
Бентонитовый глинопорошок характеризуется следующим химическим составом, мас. SiO₂ 62,04; Al₂O₃ 26,48; Fe₂O₃ 4,28; MgO 0,75; CaO 0,43; SO₃ 0,21; влага 3,48; п.п. 6,01.

В качестве вяжущего применяется шлакопесчаная цементная смесь марки (ШПЦС-120).

При затворении вяжущего на суспензии, содержащей последовательно гипан, глинопорошок и фильтровальный перлит, получается облегченный тампонажный раствор плотностью 1440-1580 кг/м³, растекаемостью 190-200 мм, водоотделением 0-4% водоотдачей 38,7-90,3 см³ за 30 мин.

Отличительные свойства: применение в качестве стабилизирующей облегчающей добавки глинистого компонента в сочетании с гипаном, обеспечивает снижение водоотделения и водоотдачи при одновременном значительном снижении газопроницаемости за счет дисперсности глинистого компонента и коллоидизации раствора в присутствии гипана.

В известных случаях применения смеси вяжущего, фильтровального перлита, глинистых минералов и гипана в других комбинациях и количествах не является очевидными свойствами, достигаемые в новом техническом решении.

Таким образом можно сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критерию "изобретательский уровень".

В таблице приведены результаты исследований заявляемого объекта по плотности, водоотделению, водоотдачи, прочности камня, и газопроницаемости.

Граничные содержания компонентов состава определяются снижением показателей качества ниже значения прототипа.

Технология приготовления тампонажного материала не отличается от общепринятых способов получения смесей тампнажного раствора из нескольких сухих составляющих. Раствор отверждается при заданном режиме. Анализ полученных результатов по таблице показывает, что пониженное водоотделение, повышенная прочность и низкая газопроницаемость камня позволяет провести качественное цементирование заколонного пространства скважины.

П р и м е р 1. Берут 720 мл воды и в нее вводят 19 мас. (120 г) бентонитового глинопорошка, 10 мас. (60 г) фильтровального перлита и 1,0 мас. (6,3 г) гипана тщательно перемешивают. В полученную суспензию вводят 70 мас. (420 г) шлакопесчаной цементной смеси марки ШПЦС-120. Плотность полученного тампонажного раствора 1440 кг/м³, растекаемость 180 мм, водоотдача составляет 116 см³ за 30 мин. Водоотделение тампонажного раствора 2% Из полученного тампонажного раствора изготавливают образцы согласно ГОСТ 26798 0-85 ГОСТ 26790 2-85. Цементы тампонажные. Методы испытаний. Предел прочности тампонажного камня при температуре 130^оС и давлении 60 МПа:
На изгиб 2,10 МПа
На сжатие 10,1 МПа
Газопроницаемость камня составляет 6,07˙10^-8 мкм².

П р и м е р 2. Берут 600 мл воды и в нее вводят 14,8 мас. (90 г) бентонитового глинопорошка, 5 мас. (30 г) фильтровального перлита и 1,2 мас. (7,2 г) гипана и тщательно перемешивают. В полученную суспензию вводят 79 мас. (480 г) шлакопесчаной цементной смеси. Плотность полученного тампонажного раствора 1460 кг/м³, растекаемость 190 мм, водоотдача составляет 38,7 см³ за 30 мин, водоотделение тампонажного раствора ноль. Из полученного тампонажного раствора формируется камень в условиях, аналогичных примеру 1.

Предел прочности тампонажного камня при температуре 130^оС и давлении 60 МПа:z
На изгиб 2,86 МПа
На сжатие 12,0 МПа
Газопроницаемость камня составляет 3,30˙10^-8 мкм².

П р и м е р 3. Берут 600 мл и в нее вводят 9,9 мас. (30 г) бентонитового глинопорошка 4,8 мас. (60 г) фильтровального перлита и 1,3 мас. (7,65 г) гипана и тщательно перемешивают. В полученную суспензию вводят 84 мас. (510 г) шлакопесчаной цементной смеси. Плотность полученного тампонажного раствора 1440 кг/м³, растекаемость 195 мм, водоотдача составляет 90,3 см³ за 30 мин. Водоотделение тампонажного раствора 3,5% Из полученного тампонажного раствора формируется камень в условиях, аналогичных предыдущим примерам. Предел прочности тампонажного камня при температуре 130^оС и давлении 60 МПа:
На изгиб 2,57 МПа
На сжатие 11,7 МПа
Газопроницаемость камня составляет 7,3˙10^-8 мкм².

П р и м е р 4. Берут 420 мл воды и в нее вводят 7,9 мас. (48 г) бентонитового глинопорошка, 2 мас. (12 г) фильтровального перлита, 1,3 мас. (8,1 г) гипана и тщательно перемешивают. В полученную суспензию вводят 88,8 мас. 540 г (шлакопесчаной цементной смеси. Плотность тампонажного раствора 1580 кг/м³, растекаемость 200 мм, водоотдача составляет 70,4 см³ за 30 мин. Водоотделение тампонажного раствора 4% Из полученного тампонажного раствора формируется камень в условиях, аналогичных предыдущим примерам. Предел прочности тапонажного камня при температуре 130^оС и давлении 60 МПа:
На изгиб 5,0 МПа
На сжатие 18,0 МПа.

Газопроницаемость камня составляет 1,85˙10^-8 мкм².

П р и м е р 5. Берут 450 мл. воды и в нее вводят 2 мас. (12 г) бентонитового глинопорошка, 3 мас. (18 г) фильтровального перлита и 1,3 мас. (8,55 г) гипана и тщательно перемешивают. В полученную суспензию вводят 93,7 мас. (570 г) шлакопесчаной цементной смеси. Плотность тампонажного раствора 1620 кг/м³, растекаемость 210 мм, водоотдача составляет 82,4 см³ за 30 мин. Водоотделение тампонажного раствора 6% Из полученного тампонажного раствора формируется камень в условиях, аналогичных предыдущим примерам. Предел прочности тампонажного камня при температуре 130^оС и давлении 60 МПа:
На изгиб 5,85 МПа
На сжатие 18,3 МПа
Газопроницаемость камня составляет 5,32˙10^-8 мкс². Предлагаемый оптимальный состав обладает высокими прочностными характеристиками, низкой газопроницаемостью, что гарантирует герметичность системы тампонажный каменьвмещающая среда.

Экономический эффект от применения предлагаемого тампонажного состава не обуславливается снижением стоимости материала, а проявляется в высоком качестве цементирования, выявляемом в период освоения скважин.

В основу расчета положены данные по испытанию технологичности введения фильтровального перлита в тампонажный раствор в процессе цементирования скважин.

В качестве базовых приняты скважины N 118 и 119 Опошнянского месторождения, где в процессе цементирования применен обычный тампонажный раствор, а режим бурения, эксплуатируемый интервал и геологотехнические условия идентичны скважине N 123, где испытана технологичность введения фильтровального перлита.

Время освоения скв. 123 (23 дня) в сравнении со скв. 118 и 119 (34-40 дней) уменьшено на 40%

Состав относится к горному делу и может быть использован для цементирования нефтяных и газовых скважин с аномально низким пластовым давлением. Снижение водоотдачи раствора и газопроницаемости камня при одновременном повышении его прочности достигается за счет содержания в облегченном термостойком тампонажном материале бентонитового глинопорошка 2,0 - 19,0 мас. фильтрационного перлита 3,0 10,0 мас. гипана 1,0 1,3 мас. и вяжущего 70,0 93,7 мас. причем фильтровальный перлин определенного химического состава, мас. SiO₂ 65-74; Al₂O₃-12-15; Fe₂O₃ - 1,5-2,5; CaO 1,5 2,5; MgO 0,5 1,5; R₂O₃- 5-7; п. п. 3 7; плотностью 60-1400 кг/м³, влажностью не более 2% всплывающих частиц по весу не более 12% 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. ОБЛЕГЧЕННЫЙ ТЕРМОСТОЙКИЙ ТАМПОНАЖНЫЙ МАТЕРИАЛ, содержащий вяжущее, фильтровальный перлит и облегчающе-стабилизирующую добавку, отличающийся тем, что дополнительно содержит гипан, а в качестве облегчающе-стабилизирующей добавки бентонитовый глинопорошок при следующем соотношении компонентов, мас.

Вяжущее 70,0 93,7
Гипан 1,0 1,3
Фильтровальный перлит 3,0 10,0
Бентонитовый глинопорошок 2,0 19,0
2. Материал по п. 1, отличающийся тем, что он содержит фильтровальный перлит следующего химического состава, мас.

SiO₂ 65 74
Al₂O₃ 12 15
Fe₂O₃ 1,5 2,5
CaO 1,5 2,5
MgO 0,5 1,5
R₂O₃ 5 7
п.п. 3 7
плотность 60 1400 кг/м³, влажность не более 2% всплывающих частиц по массе не более 12%