Изобретение относится к области строительства и ремонта нефтегазовых скважин, а именно к изоляционным составам, используемым преимущественно при ликвидации зон катастрофических поглощений промывочной жидкости при бурении и ремонте нефтегазовых скважин.
Известен тампонажный раствор, содержащий, мас.%: цемент 38,70-44,10; бентонитовый глинопорошок 4,90-16,60; гидролизованный полиакриламид (ПАА) 0,80-1,00; кальцинированную соду 0,01-0,05; сульфит-спиртовую барду 0,06-0,07 и воду - остальное (патент РФ №2211304, опубл. 27.08.2003). Данный раствор применяется для укрепления фундаментов зданий, что, в нашем случае, является далеким от технической сущности заявляемого тампонажного материала, поскольку известный раствор применяется в замкнутых полостях и после закачки не испытывает серьезных гидродинамических и вибрационных нагрузок.
Кроме того, указанный известный раствор, до момента твердения, является размываемым, это также делает его непригодным для изоляции катастрофических поглощений в скважинах при наличии межпластовых перетоков флюида, направленных в зону поглощающего пласта.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по совокупности признаков является облегченный тампонажный раствор, содержащий, мас.%: портландцемент тампонажный 38,89-58,07; алюмосиликатные полые микросферы (АСПМ) 6,45-17,14; глинопорошок 0,71-1,78 и воду - остальное (патент РФ №2151267, опубл. 20.06.2000). Данный известный тампонажный раствор имеет плотность 1,25-1,60 г/см3 и предназначен для цементирования обсадной колонны. Однако существенными недостатками этого раствора являются длительные сроки схватывания, значительная растекаемость, отсутствие водоустойчивости и низкая динамика набора пластической прочности. Эти факторы не позволяют использовать известный раствор для ликвидации катастрофических поглощений промывочной жидкости в скважине, тем более при наличии межпластового перетока.
Задачей предлагаемого изобретения является ликвидация катастрофических поглощений (вплоть до полных уходов) в пластах с низким градиентом пластового давлением, высоким коэффициентом раскрытия пор и наличием межпластового перетока флюида из пластов с высоким градиентом давления в зону поглощающего пласта.
Техническим результатом заявляемого изобретения является устойчивость материала к размыванию водой уже на стадии твердения, быстрый набор пластической прочности и оптимальные сроки схватывания, способного, благодаря этому, сохранять свойства во время его размещения и твердения в интервалах катастрофических поглощений при наличии межпластовых перетоков, направленных в зону поглощающего пласта.
Указанный технический результат достигается предлагаемым облегченным изоляционным тампонажным материалом, содержащим портландцемент тампонажный, алюмосиликатные полые микросферы, глинопорошок и воду, при этом новым является то, что он дополнительно содержит полиакриламид, экоцел - продукт измельчения продуктов переработки древесины, и хлорид кальция, а в качестве глинопорошка материал содержит низкоколлоидный бентонитовый глинопорошок при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Приведенный технический результат достигается за счет следующего.
Функции дополнительно вводимых в предлагаемый тампонажный материал компонентов заключаются в следующем: полиакриламид (ПАА) вводится в качестве стабилизирующей добавки, экоцел - в качестве кольматирующего агента, хлорид кальция - в качестве сшивателя и ускорителя затвердевания цементного клинкера.
Заявляемый изоляционный тампонажный материал включает в себя сухую смесь, состоящую из портландцемента тампонажного, облегчающей добавки (АСПМ), стабилизатора (ПАА), кольматирующего агента (Экоцел, представляющий собой продукт измельчения продуктов переработки древесины), и жидкость затворения, состоящую из суспензии низкоколлоидного бентонитового глинопорошка в водном растворе хлорида кальция. Благодаря такому составу и заявляемому количественному соотношению компонентов, которое отличается от количественного содержания компонентов в прототипе, достигается эффект образования неразмываемой (водоустойчивой) системы, которая обладает высокой динамикой набора пластической прочности и в то же время сохраняет реологические параметры, достаточные для доставки материала к месту проведения изоляции, причем после доставки материал достаточно быстро твердеет.
Образование неразмываемого предлагаемого материала происходит по следующему механизму: после затворения вышеуказанной сухой смеси на глинистой суспензии водного раствора хлорида кальция вначале происходит гидратация цементного клинкера, в результате чего в смеси образуется избыток гидроксидов калия и натрия (KОН и NaOH), данные продукты гидратации цементного клинкера вступают в реакцию с амидными и карбоксильными (NH2, COOH) функциональными группами ПАА с образованием активных солей калия и натрия:
R-CO-NH2+NaOH→COONa+NH3↑
R-CO-OH+NaOH→COONa+H2O
Таким образом, внутри самой системы происходит химическая активация ПАА по средствам перевода части его функциональных групп в активные соли одновалентных щелочных металлов. В дальнейшем, благодаря избытку хлорида кальция, в системе часть его вступает в реакцию с активированными функциональными группами ПАА:
2R-COONa+Ca2+→R-(COO)2Ca+2Na+
Как видно из уравнения реакции один атом кальция способен вступить в реакцию с двумя функциональными группами одновременно. Таким образом, кальций способен «сшивать» функциональные группы, находящиеся в разных полимерных цепях ПАА, создавая тем самым достаточно прочный пространственный каркас.
Практическим результатом описанного выше механизма является устойчивость предлагаемого изоляционного материала к размыванию водой уже в процессе твердения, быстрый набор пластической прочности и оптимальные для поставленных задач сроки схватывания. Избыток же кальция расходуется на ускорение гидратации цементного клинкера.
Введение в предлагаемый материал кольматирующей добавки Экоцел позволяет успешно изолировать интервалы со значительным раскрытием пор и, кроме того, снижает расход тампонажного клинкера.
А введение алюмосиликатных полых микросфер способствует понижению плотности материала, а также оказывает кольматационный эффект.
Таким образом, благодаря совокупности используемых компонентов в строго заявленных соотношениях обеспечивается придание материалу устойчивости к размыванию водой уже на стадии твердения, быстрый набор пластической прочности и оптимальные сроки схватывания.
Для приготовления предлагаемого материала использовали следующие вещества:
- портландцемент тампонажный ПЦТ - 50 - ГОСТ 1581-96
- алюмосиликатные полые микросферы - ТУ 21-2237-94;
- бентонитовый глинопорошок - ТУ 480-1-334-91;
- полиакриламид - ТУ 2216-001-40910172-98;
- Экоцел А - продукт измельчения продуктов переработки древесины (бумага, картон, опил, стружка) с насыпной плотностью 20-45 г/л, влажностью 5% - ТУ 5760-033-40912231-2005;
- хлорид кальция - ТУ 2123-020-53501222-2001;
- вода техническая.
Пример приготовления предлагаемого тампонажного материала. Для приготовления 1 л состава сначала готовили жидкость затворения: брали 108,48 г низкоколлоидального бентонитового глинопорошка и при перемешивании на лабораторной мешалке добавляли его к 614,64 г технической воды затворения, затем к получившейся дисперсии добавляли 100,73 г хлорида кальция. Затем готовили сухую смесь из 364,84 г цемента, 90,97 г облегчающей добавки (АСПМ) и 13,00 г кольматирующей добавки (Экоцел А). Полученную сухую тампонажную смесь затворяли ранее приготовленной жидкостью затворения. 7,34 г ПАА добавляли при перемешивании к уже затворенной смеси либо вносили в сухую смесь. В результате получили облегченный изоляционный тампонажный материал со следующим соотношением компонентов, мас.%: портландцемент тампонажный - 28,06; алюмосиликатные полые микросферы - 7,00; низкоколлоидный бентонитовый глинопорошок - 8,34; ПАА - 0,56; Экоцел А - 1,0; хлорид кальция - 7,75; вода - 47,29.
Указанный материал с другим количественным соотношением компонентов готовили аналогичным образом.
В процессе лабораторных исследований устанавливали следующие свойства предлагаемого и известных тампонажных материалов: плотность, растекаемость, водоустойчивость, водоотделение, сроки загустевания, пластическую прочность и сроки схватывания.
Водоустойчивость определяется как отношение остатка теста после водного просеивания к исходной массе навески теста в процентах (Методика определения водоустойчивости тампонажных составов. - Пермь, 1980):
где В - водоустойчивость, %;
x - остаток навески теста после водного просеивания, г;
Р - навеска теста до просеивания, г;
Для определения водоустойчивости навеску тампонажного материала помещали в прибор, представляющий собой цилиндр, диаметром 100 мм и высотой 40 мм, имеющий две водопроницаемые медные сетки с ячейками ⌀=0,8 мм. Навеску тампонажного состава помещали на нижнюю сетку прибора, корпус прибора закрывали крышкой с верхней сеткой. Далее сетчатый прибор помещали в сосуд с водой (высота сосуда 250 мм, ⌀=160 мм). Затем прибор с навеской подвергали 45-кратной проводке в воде в течение 90 с. После этого прибор извлекали из воды, омытую навеску осушали и взвешивали.
Пластическую прочность определяли методом конического пластомера. Для этого конус определенной массы, с определенным углом осевого сечения к вершине, погружали в образец тампонажного материала, замеряя при этом предельное погружение конуса в сантиметрах. При этом пластическая прочность Pm определялась по формуле:
где Pm - пластическая прочность, кПа;
F - вес конуса, г;
hm - предельное погружение конуса, см;
K - константа конуса
где α - угол осевого сечения конуса к вершине (Конический пластомер ГОСТ 1440-42).
Данные о компонентной составе исследованных тампонажных материалов приведены в таблице 1.
Данные о свойствах тампонажных материалов приведены в таблице 2.
Как видно из таблицы 2, заявляемый материал обладает значительно более короткими сроками схватывания по сравнению с известным, кроме того, заявленный тампонажный материал отличается от известного высокой водоустойчивостью, высокими значения пластической прочности и значительно более низкой растекаемостью, что при поставленных задачах является приоритетным. Также заявленный тампонажный материал, в отличие от прототипа, обладает более короткими сроками загустевания.
Несмотря на то, что заявленный материал содержит намного больше воды, от 61 до 48% в сравнении с известным - 35-42%, водоотделение предлагаемого тампонажного материала нулевое во всех случаях.
Таким образом, благодаря указанным преимуществам заявленного изоляционного тампонажного материала: сочетанию высокой водоустойчивости, высокой скорости набора пластической прочность, коротких сроков загустевания и схватывания при использовании предлагаемого материала в промысловых условиях удалось достичь положительного результата при ликвидации катастрофических поглощений в пластах с низким градиентом пластового давлением, высоким коэффициентом раскрытия пор и наличием межпластового перетока флюида из пластов с высоким градиентом давления в зону поглощающего пласта.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ ИЗОЛЯЦИИ ИНТЕРВАЛОВ ВЫСОКОИНТЕНСИВНЫХ ПОГЛОЩЕНИЙ В СКВАЖИНЕ И АЭРИРОВАННЫЙ ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 2008 |
|
RU2379474C2 |
ТАМПОНАЖНАЯ СМЕСЬ | 2023 |
|
RU2807721C1 |
ВЫСОКОСТРУКТУРИРОВАННАЯ ТАМПОНАЖНАЯ СМЕСЬ | 2011 |
|
RU2474603C2 |
ОБЛЕГЧЕННЫЙ ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР | 1998 |
|
RU2151267C1 |
КИСЛОТОРАСТВОРИМЫЙ ОБЛЕГЧЕННЫЙ ТАМПОНАЖНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЛИКВИДАЦИИ ПОГЛОЩЕНИЙ В ПРОДУКТИВНЫХ ПЛАСТАХ | 2014 |
|
RU2575489C1 |
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ТАМПОНАЖНОГО СОСТАВА ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ И ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ОБВАЛООБРАЗОВАНИЙ В КАВЕРНОЗНОЙ ЧАСТИ СТВОЛА СКВАЖИН, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ПОЛОГИХ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ | 2012 |
|
RU2489468C1 |
ОБЛЕГЧЕННЫЙ ГАЗОБЛОКИРУЮЩИЙ ТАМПОНАЖНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ НАДПРОДУКТИВНЫХ ИНТЕРВАЛОВ (ВАРИАНТЫ) | 2012 |
|
RU2497861C1 |
Способ приготовления тампонажного раствора | 1990 |
|
SU1756537A1 |
СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОБЛЕГЧЕННОГО ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА | 2011 |
|
RU2472835C1 |
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СОСТАВА ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ЗОН ПОГЛОЩЕНИЙ В СКВАЖИНЕ | 2012 |
|
RU2494228C1 |
Изобретение относится к области строительства и ремонта нефтегазовых скважин, а именно к облегченным изоляционным тампонажным материалам, используемым преимущественно при ликвидации зон катастрофических поглощений промывочной жидкости при бурении и ремонте нефтегазовых скважин. Технический результат - устойчивость материала к размыванию водой уже на стадии твердения, быстрый набор пластической прочности и оптимальные сроки схватывания. Облегченный изоляционный тампонажный материал, содержащий портландцемент тампонажный, алюмосиликатные полые микросферы, глинопорошок и воду, дополнительно содержит полиакриламид, экоцел и хлорид кальция, а в качестве глинопорошка - низкоколлоидный бентонитовый глинопорошок, при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент тампонажный 21,45-28,07; алюмосиликатные полые микросферы 5,35-9,85; низкоколлоидный бентонитовый глинопорошок 5,63-9,14; полиакриламид 0,43-0,56; экоцел 1,00-2,00; хлорид кальция 5,22-8,49; вода - остальное. 2 табл.
Облегченный изоляционный тампонажный материал, содержащий портландцемент тампонажный, алюмосиликатные полые микросферы, глинопорошок и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит полиакриламид, экоцел и хлорид кальция, а в качестве глинопорошка материал содержит низкоколлоидный бентонитовый глинопорошок при следующем соотношении компонентов, мас.%:
ОБЛЕГЧЕННЫЙ ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР | 1998 |
|
RU2151267C1 |
ТАМПОНАЖНАЯ СУХАЯ ОБЛЕГЧЕННАЯ СМЕСЬ | 2001 |
|
RU2209931C2 |
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ОБЛЕГЧЕННОГО ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА | 2003 |
|
RU2239050C1 |
RU 2008110037 A1, 20.09.2009 | |||
US 3782985 A, 01.01.1974. |
Авторы
Даты
2012-04-27—Публикация
2010-12-13—Подача