Тампонажный раствор Советский патент 1984 года по МПК E21B33/138 

со со Изобретение относится к тампонажным растворам для цементирования скважин с температурой ствола не выше 80°С, в том числе в условиях высокопроницаемых пластов с низким давлением и может быть использовано в нефтегазовой промышленности и горном деле. Наиболее близким по составу и тех нической сущности к предлагаемому яв ляется тампонажный раствор пониженной плотности. Содержащий цемент, глину, гидрофобизированный клиноптилолит и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: Цемент 40,2-40,9 Глина 1,0-2,6 Гидрофобизированный клиноптилолит 8,0-12-1 Вода ОсТ;альное В известном растворе достижение необходимого технологического эффекта осуществляется при реализации совокупного действия двух видов минеральных компонентов - глины и клиноптилолита, обладающих существенно различными размерами и структурой частиц. Глинопорошок, способный пептизироваться в воде до агрегатов раз мером 1-15 мкм, выполняет преимущест венно функцию водоудерживающей добав ки, Гидрофобизированный органическими веществами (0,001 мас.% ГКЖ-94, ГКЖ-Ю, триэтаноламин, октадец -тамин двучетвертичные аммониевые соли это НИИ и т.п.) клиноптилолитовый порошок, имеющий средний размер кристаллов 80.мкм, служит в качестве компонента, . снижающего контракцию и упроч няющего цементный камень lj . Однако большие колебания плотнос ти раствора при затворении (1,481,55 г/см) и высокое водоотделение (до 6%), приводящие к возрастанию продавочного давления, недоподъему известного тампонажного раствора до устья скважины и неравномерной поинтервальной прочности цементного коль ца. Эти недостатки обусловлены техно логическими трудностями равномерного распределения в единице объема тампо нажного раствора двух типов минераль ных разнодисперсных компонентов и неотрегулированноетью гранулометриче кого состава клиноптилолита,. Цель изобретения - улучшение одно родности и повышение водоудерживающей способности тампонажного раствора. Поставленная цель достигается тем, что тампонажный раствор, включающий цемент, минеральную добавку и воду, в качестве минеральной добавки содержит гидрофобиэированную клиноптилолитоглинистую горную породу при следующем соотношении компонентов в растворе, мас.%: Цемент30-41 Гидрофобизированная клиноптилолитоглинис, тая горная порода 13-23 ВодаОстальное Причем Гидрофобизированная клиноптилолитоглинистая горная порода имеет следующий гранулометрический состав, мас.%: Фракция 1-15 мкм 35-45 Фракция 15-30 мкм 40-45 Фракция 30-80 мкм 15-20 Клиноптилолитоглинистая горная порода залегает мощными пластами на многих месторождениях цеолитизированных туфов (Новый Кохб, Сокирница едзами и др.). Ее минералогический состав, мас.%, на ,:)й остаток следующий; клиноптилолит 55-70; монтмориллонит+гидрослюда 25--85| сопутствующие минералы 5-10. Например, пласт Б месторождения Сокирница в среднем содержит 60% клиноптилолита, 30% монтмориллонита и 10% примесей. Основными примесными минералами являются кварц и полевой шпат, Клиноптилолитоглинистая порода месторожнения Тедзами содержит 5565% клиноптилолита и ассоциированного с цеолитом 30-35% монтмориллонита, а также 5-10% кальцита, Объемный вес этой горной породы 1,8 т/м: Химнческий.состав. в wac.% представлен в табл. 1. Свойства порошка не зависят от природы гидрофобизатора, который выбирается из числа веществ наимнее дефицитных и экономически эффективных, Клиноптилолитоглинистая горная порода легче размалывается, чем чисто клиноптилолитовые образцы породы и из нее получается более дисперсный и легко сыпучий порошок, обогащенный тонкими фракциями, причем глика распределяется возле кристаллов клиноптилолита. Это позволяет при приготовлении тампонажного раствора получать однородные стабильные суспензии. Гидрофобизированный Клиноптилолитоглинистый порошок отгружается.в краф мешках весом по 40 кг по цене 36 руб за тонну. При расширении объемов про изводства возможно удешевление мине рального порошка. Как видно из табл. 2 и 3, для получения тампонажного раствора с удель ным весом 1,45-1,65 г/см с нормированным комплексом реологических свойств и прочности камня компоненты могут находиться в следующих концентрационных пределах, мас.%: Цемент30-41 Гидрофобизированная клиноптилолитоглинистая горная порода 13-23 ВодаОстальное Для получения тампонажньгх растворов с удельным весом 1,45-1,5 г/см необходимо пользоваться близкими к граничным сочетаниями компонентов - цемента и минеральной добавки 41:13 или 30:23 при водосмесевом отношении около 0,9. При работе с наиболее тон кодисперсньми цементами и породой лучшим комплексом технологических свойств обладает состав с максималь ным содержанием вяжущего - 41:13. При низкой дисперсности цемента или минеральной добавки целесообразно HC пользовать повышенные концентра дии гидрофобизированной клиноптилолитоглинистой горной породы, т.е. соотно шение компонентов близкое к предельному - 30:23. Тампонажные растворы с удельным весом 1,5-1,65 г/см приготавливаются с использованием средних значений соотношений компонентов в системе с постепенным повышением суммарной кон центрации твердых фаз в растворе вплоть до предела - 41:23, дающего тампонажные растворы с минимально допустимой растекаемостью, но с повьш1енными физико-механическими свойствами. В табл, 3 дана зависимость свойст тампонажного раствора от соотношения компонентов. Пример лабораторного выполнения тампонажного раствора. Готовится смесь из 402 г тампонаж ного цемента (Стерлитамакского, Воль кого заводов) и 146 г сзгхого порошка гидрофобизированной клиноптилолитоглинистой горной породы с грануломет рическим составом; 1-15 мкм - 35%; 15-30 мкм - 45%; 30-80 мкм - 20%. Приготовленную смесь затворяют в 452 г воды. Полученньш тампонажный раствор и камень имеют следующие свойства: плотность 1,51 г/см ; растекаемость 21 см; вязкость 2,6 П; водоотстой 0,4%; водоотдача 40 см за 5,2 мин; начало охватывания при 7 С 2 ч 55 мин; конец охватывания 4 ч; контракция при 22°С 0,40 100 при 1,17 см/100 см прочность на изгиб при через ;2 и 28 сут соответственно 13 и ,„ 44 кг/см,при 75°С - 25 и 46 кг/см. Йример выполнения тампонажного раствора на скважине № 6400 месторождения Мамонтово объединения Юганскнефтегаз. Готовится сухая смесь (40% тампонажного цемента и 14% гидрофобизированного 0,001% этония клиноптилолитоглинистого порошка из расчета на сухое вещество) из 21 ,5 стерлитамакс-кого Цемента 8 т гидрофобизированного клиноптилолитоглинистого порошка естественной влажности, которая затворялась 23,5 м воды. Выход тампонажного раствора составил 35 м Параметры тампонажного раствора в процессе затворения следующие: плотность 1,49-1,51 растекаемость 2323,5; водоотделение отсутствовало; прочность проб камня семисуточного нормального твердения 26i2 кг/см . В процессе цементирования давление при прокачке колебалось в пределах 90-100 кг/см . Тампонажный раствор вьшдел на устье. Определение необходимых граничных значений гранулометрического состава гидрофобизированногоклиноптилолитоглинистого порошка проводилось на тампонажном растворе, содержащем, мас.% на сухое-вещество: цемент 40,2; Гидрофобизированная клиноптилолитоглинистая порода (гидрофобизатор - 0,001% этония) - 14; води 45,8. Известный состав содержал, мас.% на сухое вещество: цемент - 40,2; глина - 2; гидрофобизированный клиноптилолит (гидрофобизатор - 0,001% этония) - 12 и вода - 45,8. Гранулометрический состав определялся после просеивания через сито 008. Для измерения диаметра частиц и определения весового количества фракций использовались - электронный и отражательный микроскопы ( и Neofot-2), а также счетчик Культер i TA-2 (диаметр отверстия 100 мкм) и торсионные весы для седиментационного анализа. Распределение частиц по размерам излучалось в водных суспензиях , Электронно-микроскопические исследования показали, что в суспензиях практически отсутствуют частицы с размером менее 1 мкм. Гранулометри ческий состав гидрофобизированного кликоптилолита в механической сиеси с глиной оказался однородным и представлен на 90% крупнозернистой фракцией 60-80 мкм. Наиболее тонкий из достигнутых в лабораторных условиях помол гидрофобизированной клиноптило литоглинистой горной породы показал следующие результаты: 1-5 мкм - 13%| 5-10 мкм - 18%; 10-20 - 30%; мкм - 25%; 30-50 мкм - 10%; 5080 мкм - 4%. При таком весовом соотношении фракций в порошке по числу частиц фракция с размером 1-5 мкм составляет более 85% от общего количества частиц, находящихся в единице объема, и в связи с этим оказывает большое влияние на водоудерживающую способность тампонажного раствора. Как видно из табл. 2, замена двух видов минеральной добавки на один к регулирование гранулометрического состава порошка позволили получить в предлагаемом составе, по сравнению с известным тампонгшным раствором, в 10 раз меньшую величину водоотстоя и пониженную в 2-3 раза водоотдачу при аналогичных реологических харак;теристиках. При этом следует отмеТаблица 1 . 1 тить, что, как показали исследования цементного камня предлагаемого состава, введение однокомпонентной добавки оптимального гранулометрического состава позволило получить по данным морфологического электронно-микроскопического анализа полностью равномерное изотропное распределение минеральных компонентов по всему объему образца без скоплений в отдельных микроучастках - одного из минералов глины или клиноптилолита. Такие скопления ранее наблюдались в камне, сформированном из известного состава, при анализе тампонажного раствора, взятого из чанка, что обусловливало перепады в прочности цементного камня в затрубном пространстве. Физикомеханические свойства камня, полученного из обоих составов в лабо раторных условиях, как это видно из табл. 4, практически одинаковы. Как показала опытно-промьшленная проверка,в предлагаемом тампонажном растворе гидрофобизированный клиноптилолитоглинистый порошок обеспечил на практике йолучение однородного раствора. Природа и дисперсность порошка обусловили понижение водоотдачи и Бодоотделения, благодаря чему стабилизирован удельньй вес 0,01 г/см ) и снижено давление при прокачке (на 10%). Осуществлен подъем тампонажного раствора до устья скважин, заколонное пространство заполнено однородным камнем.

1. ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР, включающий цемент, минеральную добавку и воду, отличающийся тем, что, с целью улучшения однородности g3ji - jj f i .;, и повышения водоудерживающей способности тампонажного раствора, он содержит в качестве минеральной добавки гидрофобизированную клиноптилолитоглинистую горную породу при следующем соотношении компонентов в растворе, мас.%: Цемент30-41 Гидрофобйзированная клиноптилолитоглинистая горная порода 13-23 ВодаОстальное 2. ТампонажНый раствор по п. 1, отличающийся тем, что он содержит клиноптилолитоглинистую горную породу следующего гранулометрического состава, мас.%: Фракция 1-15 мкм 35-45 О) Фракция 15-30 мкм 40-45 Фракция 30-80 мкм 15-20

51,89-58,86 1 А,45-15,3б|5,86-6,49/5,567, 79 1,30-2,0 1,50-2,07 1,08-2,0110,65-1 2,20

ИзвестЛабораторный помол в шаровой мельнице.

Таблица 2

Таблица 4