Дисперсноармированный тампонажный раствор для цементирования нефтяных и газовых скважин Советский патент 1983 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к темпонажным мвлернвпшл, облацаюшим вьюокими прочностными и цефррматшзными свойствами, а также треадиностойкостью и термосолестойкостью, и может быть использовано для крепления горячих нефтяных и газовых сквайош как в нормальных условиях, так и при наличии зон АНПД, агрессии минерализованных вод и наличии в разрез соленосных отложений, предпочтительно, когда сутаествует опасность разрушения цементного камня в результате его взаимоцействня с Ьбсадной колонной(нагретататепьныб и газовые скважины с высоким внутренним давлением, гидроразрыв пластов,термическое воздейсгвие на пластиныс использованием пара высоких параметров). Известны тампонажные растворы, содержание вяжущее, волокнистую добавку и воду. В качестве волокнистой добавки используется тонкораспущенный асбест низких сортов (марки М-6-4О) в количестве 18% от веса вяжущего. С увелигчениоу процентного содержания асбеста плотность раствора снижается до 1,43 г/см l. Растворы ЯВЛ511ОТСЯ т мосолестойкимИ однако температурный диапазон его приМенения невелик - до 125°С. С увеличением процентного содержания асбеста от О цо 18%, прочность снижается на 15-25% по сравнению с камнем без цобавки. Цементный камень имеет низкие значения трещиностойкости и деформативности. Раствор имеет довольно высокий коэффициент водоотделения (4,8 7,2%), что яв:ляется весьма нежелательным обстоятельством особенно при наличии в разрезе солеаосных -отложений, поскольку в результате раЬтворения солей образуется зазор между цга ентным кольцом и стенками скважины. Наиболее близким к изобретеншо по составу и технической сущности являетс цисперсноармированный тампонажный раствор, состоящий из силикатного и/или хлорсшшкатного портландцемента, жидкос ти затворения, волокнистых кристаллов синтетических гицросиликатов кальция или магния и/или их природных аналогов, мик роармирующей добавки, жиаких кремнийорганических полимеров типа олигооргано гицридсилоксанов, порошкообразных кремнийорганнческих соединений типа алкилсиликонатов; палыгорскита. Известный ра твор обладает высокими прочностными и деформагивными свойствами, имеёт высокую трещин ост ойк ость и цеформагив. ность в интервале 2О - 2ОО С Г2 J 1О 32 Однако известный раствор не является облегченным, поскольку с увеличением количества арматуры и особенно волокон большой длины ухудшаются технологические свойства композиции. Раствор не является расширяющимся, что снижает эффективность его использования при наличии соленосных отложений и агрессии минерализованных пластовых вод. Силы сцеплегшя волокнистой арматуры в ранние сроки твердения небольшие, так как силы адгезии волокна к матрице в этот период обусловлены механическими и физическими факторами (шероховатость . роверхности волокна и силы трения).ч Целью изобретения является повьшхение прочности цементного камня при растяжении в ранние и поздние сроки - твердения, деформативности и трещиностойкоститермостойкости в интервале температур 5О-125 С при плотности раствора от 1,86 до 1,4 г/см. Указанная цель достигается тем, что .дисперсноармированный тампонажный раствор для ц« ентирования нефтяных и газовых скважин, содержащий силикатный и/или хлорсипикатный портландцемент, жидкость затворения, волокнистые кристаллы синтетических гидросипикатов кальция или магния и/или их природньпс аналогов и микроармирующую добавку, дополнительно содержит саморассьщающийся Йысйкокальциевый шпак или хроматный шлам, жидкое натриевое стекло и реагент СЗ на основе отхода производства меламннформальдегидной смолы, а в качестве микроармирукяцей добавки - силикокристаллит при следугацем соотношении компонентов, мае,ч: Силикатный к таи хлорсилнкатный портландцементЮОЖидкость затворения 55-165 Сшмкокристаллит 9-5 О Волокнистые кристаллы синтетических гидросилнквтов кальция или магния и/или их природных аналогов 4-15 Саморассьшакяцийся высококальциевый шлак или хроматный шлам 15-30 Жидкое натриевое стекло 1-3,5 Реагент СЗ на основе отхода производства меламимф орм альаегипной смолы 0,3-1,0 31O При наличии в разрезе скважины сопе НОСВБ1Х отложений или мин ализованных пластовых вод в качестве Жиокости затворения используются скважинные минерализованные воаы или растворы солей, слагающих разрез скважины. В качестве микроармируюшей, облегчающей и термосолестойкой цобавки используются так называемые сшшкокристаллиты. Известны и вьгаускаются промышленностью слоистые (сипласт), волокнистые (сивол) я каркасные сшшкокристаллиты. Силикокристаллит содержит 8О,О-99,9% .высокоактивного. кремнез« 1а, в силу чего в феае цементного камня является активной затравкой. Неровности, образую«г щиеся на поверхности силикокристаллитов в-результате процесса цекатионирования (цырки от вымытых в раствор катионов), способствуют увеличению проч ности сцепления арматуры и цементной матрицы. Кроме того, стехиометрия раствора благодаря наличию активного кремнезема изменяется в сторону уменьшения отношений С/5 (СдО/5i On), благоприятных для преимущественного образования высокощзочных низкоосновных гидросиликатов кальция. Последние имеют, как правило, нитевидное или игольчатое строени и способствуют повышению прочности, а также придают композиции высокие терм солестойкие свойства. Введение силикокристаллита до 50% позволяет получать облегченные дисперсноармированные КОМПОЗИЦИИ плотностью до 1,4 г/см, сохраняющие высокие щ)очностные и деформативные свойства В качестве расширяющего компонента при температуре до 80°С используется высококальциевый саморассьтаю53ийся шпак (отход заводов ферросплйвого производства) с соаержаиисгм окии кальция 4О%. При температуре выше 9О С в качест- е расширяпошейся побавкя используется ; рсметный шлам, содержьгаий, %} 35,. 4.45; К О 31.29; РеО 7,46; 8,74; 6, О,64. Потери при прокапиванни 5,3%. Наличие в составе композиции pacumрякщей добавки обеспечивает плотный контакт цементного кольца с окружающими породами, что особенно важно при креплении скважин в соленосных отло}|ениях, причем увеличивается прочность сцепления арматуры с матрицей за счет дополнительного обжатия. Отходы асбестового производства (отходы асбестовых руд, получаемых при пе-« реработке серпентинита) - волокнистый материал. Средний химический состав отходов асбестового произвоастве КустанаЖ ского асбеста, вес.%: MgO 38,99; S Оа 39,16; ,2; С-оО Oi87j 0,22. Потери при прокаливании 11,43. В качестве кольмататора пор используется жидкое натриевое стекло NOjO-H Si0(2 (силикатный модуль П 2 - 3,5) плотностью j 1350 - 15ОО кг/м При его взаимодействии с минерализованной пластовой жидкостью или солями образуются соединения, упрочняющие цементный камень (например, Hdij СО ), и гель кремнезема, копьмаТируюшнй поры камня. Пластификатор СЗ на основе отхода производства меламинформ альдегид но и смолы снижает водопотребность композиции и способствует равномерному распределению армирующих компонентов в среде цементной матри1№1 за счет снигшния внутреннего трения в системе. Предлагаемые составы тампонажных растворов приведены в табл. 1. Таблица

55

(25%-ный раствор КС)

165

(25%-ный раствор А( CPg) Макроармируюшая добавка (отходы асбестового производства) Микроармирующая добавка (сипикокристаппит) 15 . 25 Расширяющая (высококаль- (хроматдобавкаииевый шлак) ный шлам Копьмататор пор (жидкое стекло) Пластификатор (реагент СЗ)

нижним пределам содержания

верхнши пределам содержания В качестве вяяущего используют любой силикатный тампонажный цемент, а также хлорсиликатный портландцемент или смесь силикатного и хлорсилпкатного вя легшего В качестве жидкости затворения минерализованную пластовую воду или раствор солей.слагаюшик разрез скважины. В качестве макроармирующей добавки « отходы асбестового производства - волок нистый материал. Могут быть использованы.такхе базальтовые волокна, щелочно стойкие стеклянные волокна и др, В качестве микроармирукяцей добавки используют силикокристаплиты - высокоКремнистые активные материалы слоистого, волокнистого, каркасного строения (сипласт, сивол, карбопласт и др). хроматный шлам) В качестве расширяющей добавки самррассьшакхцийся высококальциевый шлак - отход заводов ферросплавного производства (при забойных температурах до ) ипи хроматный шлам (при температурах выше 90 с). В качестве кольмататора пор - товарное натриевое жидкое:стекло. В качестве суперпластификатора реагент СЗ на основе меламинформальдегид ной смолы. СЬойства предлагаемых и известных тампонажных растворов и цементного камня на их основе приведены в табл. 2-4; деформативные свойства и трешиностой- . кость исследованных композиций - в табл..5.

50 19, 82О,4 25,9 61 69 89 1ОО 22,1 24,7 26,3 78 86 110250 25, 6 29,2 ЗО,8 1О7 119 146

Таблица 2

Таблица 3

250 16,4 17, 6 17, 9 64 88 84 6,3 7,9 8,3

3, 81Сквозных трещин О, 016

не обнаружено при оптимальном соотношении компонентов цисперсноармированные термосопестойкие расширяющиеся тампонажные сое гавы нормальной плотности имеют ность при растяисении большую,, чем у известного. По мере роста температуры к срока тверцения наблюдается закономерный рост прочности. Облегченные . .дисперсноармированные тампонажные растворы имеют прочность при растяхении в раза большую, чем у неармированных составов той же плотности. Следует отметить, .что значения прочности облегченных цисперсноармированных составов превьпиают прочность неармированных составов нормальной плотности. Как видно из табл, 5, оптимальны составы имеют высокие значения трещино

Таблица 4

50 55

41

Таблица 5

1, 15

6, 5 7,38,125 36 46 9,1 10,2 39 48 61 динамических нагрузок. При измерении трещиностойкости по методу кольца сквозных трещин в камне из дисперсноармированных растворов не образуется. Вследствие высокой дисперсности сипласта и цемента после их совместной офаботки в дезинтеграторной установке раствор имеет высокую стабильность и нулевое водоотделение. Цементный камень на основе предлагаемых cocTiaBOB является термосолестойкнм, Значешя коэффициента термокоррозионной стойкоств К с 1,00-1,15 ив через 180 сут Кс ™ Оие через 2 8 сут

11105585312

Величина К опрецеляется при твер-Указанные составы имеют необхоц -,

цении образцов цементного камня примые технологические свойства, отвечаюповышенных температурах в, растворахщие требованиям ГОСТ 1-581-78 Портрааличных солей,панццементы тампонажные