СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ТАМПОНАЖНОГО СОСТАВА Российский патент 2002 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к строительству нефтяных и газовых скважин, в частности к способам получения тампонажных составов, предназначенных для крепления обсадных колонн как низко-, так и высокопроницаемых пластов в различных термобарических условиях.

Известен способ приготовления тампонажного раствора, согласно которому бентонитовый глинопорошок предварительно выдерживают не менее 4 ч в водном растворе натриевого жидкого стекла с последующим разбавлением в процессе перемешивания полученной пасты водным раствором хлорида натрия, после чего образовавшейся суспензией затворяют цемент, а ингредиенты берут в следующем соотношении, мас.ч.: цемент - 100; бентонитовый глинопорошок - 5-12; жидкое стекло - 0,4-0,8; хлорид натрия - 9,4-16,3 и вода - 51,8-63,2 (см. Авт. свид. СССР 1756537, кл. Е 21В 33/138, от 1990 г.).

Тампонажный раствор, полученный известным способом, обеспечивает получение низкопроницаемого камня с повышенной водосвязывающей способностью.

Однако известный способ не влияет на снижение усадки твердеющего тампонажного состава, что, в конечном итоге, в скважине приводит к образованию каналов для перетоков пластовых флюидов и снижению качества крепления.

Также известен способ приготовления тампонажного раствора, включающий предварительное полное растворение в воде суперпластификатора С-3 и стабилизатора - водорастворимой гидроксиэтилцеллюлозы Сульфацелл и последующее затворение на полученном растворе портландцемента при определенном соотношении ингредиентов (см. Патент РФ 2136843, кл. Е 21В 33/138, от 1997 г.).

Достигаемый известным способом результат состоит в том, что одновременный ввод стабилизатора и пластификатора в тампонажный раствор позволяет снизить его водосодержание, водоотдачу, повысить прочность цементного камня и, тем самым, значительно улучшить качество крепления скважин.

Недостатком этого известного способа является невозможность регулирования объемных изменений твердеющего тампонажного раствора, что приводит к усадке цементного камня.

Кроме того, пониженная, в сравнении с необработанными цементными растворами, водоотдача тампонажного раствора при использовании известного способа все-таки имеет высокие значения. Вследствие этого происходит отфильтровывание большого количества воды из расположенного в скважине тампонажного раствора, особенно в разрезе высокопроницаемых пород, что отрицательно влияет на коллекторские свойства пласта и приводит к недоподъему цемента на проектную высоту и усадочным деформациям цементного камня: образованию в нем трещин и каналов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению по совокупности признаков является способ приготовления цементного раствора для крепления скважин, согласно которому производится предварительное растворение в воде оксиэтилцеллюлозы (ОЭЦ) и ускорителя сроков схватывания - хлорида кальция, и последующее затворение на полученном растворе портландцемента, при этом все ингредиенты берут в следующем соотношении, мас.ч.: портландцемент - 100; ОЭЦ - 0,45-0,6; СаСl₂ - 0,5-7,0 и вода - 75-85 (см. А.С. СССР 1361305, кл. Е 21В 33/138, от 1985 г.).

Цементный раствор, полученный указанным известным способом, предназначен для крепления обсадных колонн при разобщении горизонтов с низким пластовым давлением и характеризуется стабильными свойствами.

Однако приготовленный известным способом цементный раствор имеет ограничение и использование его невозможно при разобщении горизонтов с разнонапорными пластами и в условиях высоких пластовых давлений.

Применение его при других условиях вскрывает ряд недостатков:
- повышенное водосодержание (75-85 мас.ч.) цементного раствора, приготовленного известным способом, приведет к отфильтровыванию свободной (несвязанной) воды в процессе твердения и усадке цементного камня с образованием каналов для перетока пластовых флюидов и пониженной прочности формирующегося цементного камня;
- удлиненные сроки схватывания и время загустевания цементного раствора (начало - 4-18 ч; конец - 6-23 ч) увеличивают время начальной гидратации цемента, сопровождающееся выделением свободной воды, и, как следствие, обусловливают увеличение количества отфильтрованной жидкости с течением времени. Это приводит к значительным отрицательным объемным деформациям, что отразится, в первую очередь, на плотности контакта "цемент-порода".

Техническая задача, решаемая предлагаемым способом, состоит в снижении усадочных деформаций твердеющего в условиях скважины цементного камня и придания ему высокой прочности и низкой проницаемости при одновременном обеспечении стабильных и оптимальных технологических параметров тампонажного состава, приготовленного предлагаемым способом: высокой седиментационной устойчивости, хорошей прокачиваемости, низкой фильтратоотдачи, регулируемых сроков схватывания и времени загустевания перед закачкой состава в скважину и во время его продавки.

Эта задача решается предлагаемым способом приготовления тампонажного состава, предусматривающим перемешивание тампонажного портландцемента, полимера на основе эфира целлюлозы и воды затворения, в которой предварительно растворен ускоритель схватывания, при этом при перемешивании с водой затворения одновременно вводят портландцемент и указанный полимер в сухом или набухшем состоянии, осуществляют перемешивание в течение 1-1,5 часа, при этом в качестве ускорителя сроков схватывания используют хлорид кальция, или этилсиликат, или реагент на основе алюминия, а в качестве полимера на основе эфира целлюлозы используют гидроксиэтилцеллюлозу или оксиэтилцеллюлозу, при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.:
Тампонажный портландцемент - 100
Оксиэтилцеллюлоза или гидроксиэтилцеллюлоза - 0,2-0,6
Хлорид кальция, или этилсиликат, или реагент на основе алюминия - 1-3
Вода - 45-50
С целью обеспечения оптимальных реологических свойств и растекаемости в тампонажный состав, приготавливаемый предлагаемым способом, вводят пластификатор - реагент на основе меламина или лигносульфонат.

Решение поставленной технической задачи обеспечивается, по-видимому, благодаря следующему.

Ввод понизителя фильтрации - полимера указанных марок, в затворенный на растворе ускорителя портландцемент с одновременным перемешиванием состава обеспечивает, в сравнении с известным способом, более быстрое и равномерное набухание полимера и достижение стабильности необходимых технологических параметров тампонажного состава, сохраняющихся в течение времени, необходимого для закачивания и размещения цементного раствора в скважине. Это позволит в промысловых условиях при низких скоростях прокачивания добиться более полного замещения бурового раствора тампонажным, а также добиться равномерности распределения цементного раствора за обсадной колонной и однородности по прочности формирующегося цементного камня и его устойчивости.

Регулирование сроков схватывания с использованием предлагаемых ускорителей позволит сократить время твердения тампонажного состава в скважине, предотвратив, тем самым, отфильтровывание большого количества жидкости и снизив за счет этого усадочные деформации твердеющего цементного камня.

Благодаря тому, что после затворения осуществляют перемешивание тампонажного состава в течение 1-1,5 ч, обеспечивается значительное сокращение периода начальной гидратации, что неожиданно привело к возможности исключения усадочных деформаций, сопровождающих этот контракционный период, при твердении тампонажного состава в скважине.

Кроме того, при осуществлении предлагаемого способа и использовании указанных ингредиентов обеспечивается значительное снижение фильтратоотдачи и за счет этого появляется дополнительная возможность регулирования отрицательных объемных деформаций.

Все вышеперечисленное, в конечном итоге, приведет к обеспечению плотности контакта цементного камня с горной породой и колонной и повышению надежности разобщения пластов таким составом.

При осуществлении предлагаемого способа в лабораторных условиях были использованы следующие вещества и оборудование.

Вещества:
1. Тампонажный портландцемент по ГОСТ 1581-96 Сухоложского цементного завода марок: ПЦТ П-50; ПЦТ 1-100; ПЦТ G-CC-1;
2. Понизитель фильтрации - полимер на основе эфира целлюлозы: Сульфацелл ТУ ТУ 6-55-221-1210-91; Tylose EHM (фирма Hoechst); Bermocoll CCA 178 (концерн AKZO NOBEL); ОЭЦ ТУ 6-05-221-565-83.

3. Пластификатор: лигносульфонаты ЛСТ ТУ 13-0281036-05-89; реагент на основе меламина ЭКСЦЕМ СМФ ТУ 2223-019-53501222-2001.

4. Ускоритель сроков схватывания: хлорид кальция ТУ 48-10-59-79; этилсиликат-40 ГОСТ 26371-84 или этилсиликат-конденсат ТУ 6-02-06-67-86; реагент на основе алюминия МРТУ 6-09-3200-66 или ЭКСЦЕМ СА ТУ 2123-020-53 5011222-2001.

5. Вода техническая с жесткостью 5 мг-экв/л (ГОСТ 2874-82);
Оборудование:
- мешалка лабораторная для перемешивания цементных растворов (ГОСТ 26798.1-96);
- конус АзНИИ с измерительной шкалой, представляющий собой концентрические окружности с минимальным диаметром 70 мм и максимальным не менее 250 мм. Измерительная шкала покрыта стеклом;
- консистометр КЦ-5;
- прибор ВИКА (ГОСТ 310.3-76);
- прибор для определения набухания грунтов (ПНГ);
- сито 09 (ГОСТ 6613) для просеивания цемента;
- стакан фарфоровый вместимостью 600 мл;
- стеклянный цилиндр вместимостью 250 мл;
- весы лабораторные.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующим примером.

Пример. Брали 10 г хлорида кальция, растворяли его в 250 мл воды. Далее на полученном растворе производили затворение 500 г тампонажного портландцемента марки ПЦТ П-50 путем постепенного ввода при постоянном перемешивании на лабораторной мешалке. Одновременно с вводом в раствор добавляли 1,5 г оксиэтилцеллюлозы марки Tylose EHM. При этом перемешивание осуществляли непрерывно в течение 1,5 ч со скоростью 100-120 об/мин. В результате получили тампонажный состав, приготовленный заявляемым способом и содержащий следующие ингредиенты, мас.ч.: портландцемент - 100; оксиэтилцеллюлоза Tylose EHM - 0,3; CaCl₂ - 2,0 и вода - 50.

В процессе лабораторных исследований устанавливали следующие свойства тампонажных составов, приготовленных предлагаемым и известным способами: плотность, растекаемость, время загустевания до 30 УЕК; фильтратоотдача при ΔР= 0,7 МПа за 30 мин; сроки схватывания, водоотделение; предел прочности на изгиб при 2-х суточном хранении в пресной воде; усадку образующегося цементного камня.

Исследования проводили при различных режимах приготовления, а именно перемешивания, - в течение 3 мин и 1,5 ч.

Данные об ингредиентном содержании исследуемых тампонажных составов, приготовленных предлагаемым и известным способами, приведены в таблице 1.

Данные о свойствах этих тампонажных составов, полученные в ходе исследований, приведены в таблице 2.

Данные, приведенные в таблице, показывают, что безусадочный тампонажный камень в скважине способен образоваться лишь из тампонажных составов, приготовленных заявляемым способом (перемешивании в течение 1-1,5 ч при скорости вращения мешалок смесительно-осреднительной установки 1УСО-20 - 60-80 об/мин) и указанном соотношении ингредиентов.

Отклонение от этих режимов, например сокращение времени перемешивания тампонажного состава менее 1 ч, не обеспечивает получения безусадочного тампонажного камня.

Кроме того, тампонажный состав, полученный предлагаемым способом, характеризуется оптимальными длительно сохраняющимися стабильными технологическими параметрами:
- плотность, кг/м³ - 1840-1860
- растекаемость, мм - 205-250
- время загустевания, ч-мин - 3-30 - 5-20
- фильтратоотдача, см³/30 мин при ΔР=0,7 МПа 22-35
- сроки схватывания, ч-мин: начало 6-20 - 10-20, конец 7-30 - 11-50
- предел прочности на изгиб при 2-х суточном хранении в пресной воде, МПа 3,2-4,2
- усадка цементного камня через 2 суток, % 0.

Использование предлагаемого способа приготовления тампонажного состава обеспечивает по сравнению с существующими известными способами:
высокое качество крепления и исключение межпластовых перетоков за счет:
оптимальных технологических свойств тампонажного состава, приготовленного предлагаемым способом;
более полного замещения бурового раствора таким тампонажным составом при низких скоростях прокачивания и равномерности распределения цементного раствора за обсадной колонной;
формирования однородного по прочности безусадочного цементного камня,
кроме того, снижение возможного загрязнения продуктивных пластов агрессивным фильтратом цементного раствора, сокращение сроков освоения скважины и исключения обводненности продукции скважины.

Изобретение относится к строительству нефтяных и газовых скважин, в частности к способам получения тампонажных составов, предназначенных для крепления обсадных колонн как низко-, так и высокопродуктивных пластов. Способ приготовления тампонажного состава включает перемешивание тампонажного портландцемента, полимера на основе эфира целлюлозы и воды затворения, в которой предварительно растворен ускоритель схватывания, причем при перемешивании с водой затворения одновременно вводят портландцемент и указанный полимер в сухом или набухшем состоянии, осуществляют перемешивание в течение 1-1,5 ч, в качестве ускорителя сроков схватывания используют хлорид кальция, или этилсиликат, или реагент на основе алюминия, а в качестве полимера на основе эфира целлюлозы используют оксиэтилцеллюлозу или гидроксиэтилцеллюлозу при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: тампонажный портландцемент 100, оксиэтилцеллюлоза или гидроксиэтилцеллюлоза 0,2-0,6, хлорид кальция, или этилсиликат, или реагент на основе алюминия 1-3, вода 45-50. В тампонажный состав дополнительно могут вводить пластификатор - реагент на основе меламина и лигносульфонат. Технический результат - исключение межпластовых перетоков и повышение качества крепления скважин за счет снижения усадочных деформаций, повышения прочности и снижения проницаемости цементного камня, а также обеспечения оптимальных параметров технологического состава. 1 з.п.ф-лы, 2 табл.

1. Способ приготовления тампонажного состава путем перемешивания тампонажного портландцемента, полимера на основе эфира целлюлозы и воды затворения, в которой предварительно растворен ускоритель схватывания, отличающийся тем, что при перемешивании с водой затворения одновременно вводят портландцемент и указанный полимер в сухом или набухшем состоянии, осуществляют перемешивание в течение 1-1,5 ч, при этом в качестве ускорителя сроков схватывания используют хлорид кальция, или этилсиликат, или реагент на основе алюминия, а в качестве полимера на основе эфира целлюлозы используют гидроксиэтилцеллюлозу или оксиэтилцеллюлозу при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.:
Тампонажный портландцемент - 100
Оксиэтилцеллюлоза или гидроксиэтилцеллюлоза - 0,2-0,6
Хлорид кальция, или этилсиликат, или реагент на основе алюминия - 1-3
Вода - 45-50
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в тампонажный состав дополнительно вводят пластификатор - реагент на основе меламина или лигносульфонат.