Способ химической обработки цементных тампонажных растворов Советский патент 1984 года по МПК E21B33/138 

1 Изобретение относится к нефтега;зо добывающей промышленности, в частности к способам обработки цементных тампонажных растворов, и может быть использовано при креплении нефтяных и газовых скважин в условиях сероводородной агрессии. Известен способ химической обработки цементных тампонажных растворов путем введения в него добавки, например реагента Т-66, повьшающего коррозионную стойкость образующегося цементного камня Л . Недостаток этого способа состоит в том, что не устраняется диффузия сероводорода вглубь цементного камня, в результате чего не обеспечивается достаточная стойкость цементного камня к сероводородной агрессии Наиболее близким к предлагаемому является способ химической обработки цементного тампонажного раствора, включающий введение в жидкость затворения цемента добавки, например соли трехвалентного железа, в количестве 50-400 кг/м жидкости затворения 2 . Недостатком известного способа является низкое качество крепления скважины в условиях провоцирующей агрессии. Цель изобретения - повьшение качества крепления скважин в условиях сероводородной агрессии. Цель достигается тем,что согласно известному способу химической обработ ки цементных тампонажных растворов, включающему введение в жидкость затворения цемента добавки, в качестве добавки в жидкость затворения цемент вводят водорастворимую соль двухвалентной меди в количестве 5-50 кг на 1 м жидкости затворения. Предлагаемый способ химической об работки цементных тампонажных раство ров осуществляют следующим образом. В зависимости от условий креплени скважин задаются плотностью тампонаж ного раствора и определяют водоцемен мое отношение, позволяющее обеспечит требуемую плотность, т.е. количеств жидкости затворения на единицу массы тампонажного материала. Затем опытны путем устанавливают максимальное ко личество добавки - водорастворимой соли дв гхвалентной меди, не влияюще отрицательно на другие свойства там 57 понажного раствора. Для этого в жидкость затворения вводят количество соли двухвалентной меди, соответствующее концентрации 50 кг на 1 м жидкости затворения и осуществляют пробное затворение тампонажного материала с определенным ранее отношением жидкости затворения к тампонажному материалу. Если при максимальной концентрации введенной соли получаются недопустимо высокие реологические показатели тампонажного раствора, то проводят его дополнительную химическую обработку известными пластификаторами. При этом следят за тем, чтобы другие добавки, вводимые одновременно с солями двухвалентной меди, не вызывали выпадение соединений меди из раствора. Если таким путем не удается получить необходимых в данном случае технологических свойств тампонажного раствора, то уменьшают, концентрацию соли двухвалентной меди в жидкости затворения известным методом последовательного приближения к требуемым технологическим свойствам тампонажного раствора. Установленное таким образом максимально возможное в данных условиях количество соли двухвалентной меди растворяют в предназначенном для приготовления тампонажного раствора объеме жидкости затворения. После этого приготавливают тампонажный раствор по известной технологии. Пример 1. Требуется произвести химическую обработку тампонажного раствора, содержащего в качестве вяжущего вещества шлакопесчаный тампонажный цемент марки ШПЦС-200 путем предварительного введения в жидкость затворения сульфата меди (II). Крепление скважины надо произв,ести в условиях сероводородной агрессии при 130°С. Задаются плотностью тампонажного раствора (р)1,9 г/см, растекаемостью (Dp) не.менее 18 см, сроком схватывания не менее 4ч. По. расчету для получения тампонажного раствора плотностью 1,9 г/см необходимо обеспечить водоцементное отношение около 0,4, т.е. на 1 кг шлакопесчаного тампонажного цемента требуется 400 мл воды. В указанном количестве воды растворяют 20 г сульфата меди (II) и производят пробное затворение тампонажного раствора. Определяют рас3

текаемость тампонажного раствора: она - менее 16 см. Опыт повторяют, введя в тампонажный раствор известны пластификатор ССВ (сульфит-спиртовая барда). Если при его введении не удается получить тампонажный раствор требуемьтх реологических параметров, например из-за сильного замедления схватывания и твердения, то уменьшают количество добавки - сульфата меди (Ш и повторяют подбор. Получив необходимые реологические свойства тампонажного раствора, проверяют седиментационную устойчивость (определяют коэффициент водоотделения К1, скорость схватывания и твердения Подбор осуществляют до тех пор, пока не находят то максимально возможное содержание сульфата меди (11), при котором с применением имеющегося пластификато за могут быть получены необходимые технологические свойства тамповажного раствора. После этого корректируют водоцементное отношение с учетом изменяющейся плотности жидкости затворения, исходя из требуемо плотности тампонажного раствора.

Пример 2. Требуется произвести химическую обработку тампонажного раствора повьшенной плотности, содержащего в качестве вяжущего вещества цемент УШЦ-1-120, путем предварительного введения в жидкость затворения сульфата меди (И).

Крепление скважины необходимо про извести в условиях сероводородной агрессии при 120с. Заданная плотность тампонажного раствора 2,1 г/см

3954

растекаемость 18 см, начало схватывания не менее 1 ч 45 мин. В дальнейшем осуществление способа производится аналогично примеру 1.

Пример 3. Требуется произвести химическую обработку тампонажного раствора, содержащего в качеств вяжущего вещества шлакопесчаный цемент 11ШЦС-120, путем предварительного введения в жидкость затворения нитрата меди (П).

Крепление скважины надо произвест в условиях сероводородной агрессии при 100 С. Заданная плотность тампонажного раствора 1,9 г/см, растекаемость 18 см, начало схватывания н менее 2 ч. В дальнейшем осуществление способа производится аналогично примеру 1.

Пример 4. Требуется произвести химическую обработку тампонажного раствора из портландцемента для горячих скважин.

Крепление скважины надо произвест в условиях сероводородной агрессии при 75 С. Заданная плотность тампонажного раствора 1,8 г/см, растекаемость 18 см, начало схватывания не менее 5 ч. В качестве соли двухвалентной меди используют хлорид меди (11) . В дальнейшем осуществление способа производится аналогично примеру 1.

Свойства химически обработанных солями двухвалентной меди тампонажных растворов в сравнении со свойствами раствора, полученного по способу-прототипу, приведены в таблице.

о с

го

Оч

СПОСОБ ХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЦЕМЕНТНЫХ ТАМПОНАЖНЫХ РАСТВОРОВ, включающий введение в жидкость затворения цемента добавки, отличающийся тем, что, с целью, повышения качества крепления скважин в условиях сероводородной агрессии, в качестве добавки в жидкость затворения цемента вводят водорастворимую соль двухвалентной меди в количестве 5-50 кг на 1 м жидкости затворения.

то.

S в) ь (

S

. о 0} а 0) t;

с D CN §

m2

кЕ-к

п)cdS

S

0-ЮК

)

и

ЖиIо

Iлшо

О)р.ЕК 3 «

SЕ-6 S

ШП)оЯ

но.Sя

4i

&S о

лUЕ- «

оSж о

jai-Sа .я I

О)л

t-Ih

оО)о

д)«о

р4кz:

о А т

I I

Е-Ьf-2

ооо«.

с;оrtflj t,

GXо,л t

О

тI

нк

иS&

шuiжл)

)mЕ-о,

S«оо

qюп)frооt;п

со

ю о

сг

«л

k vO

о

vO

о го

о о

о

О

го го

го

СП

«- о

см о о 00 г 1Л

fsjсмг- - о о о о о

о ст

см ел

см eg о (3

о ю

ш см

Ш О

-чГ

-а сГ О

сГ о

о

О ю

О го

о

го

о о

о о

CS

u-i

о

1Л C-J

см

о у

о

CTi

CM

О

r

oo

in г

n oo

m №

о

T-,-CM

rCOСЛ

Ti

00

tn

vO

оо

о

ГЛ

гоCM

II

c

CM-vf

in I

in

in r.

in

in r

r

r

Ю

Ч

CM

CM

с r

- о 00

(SI CMtV)

ro oo

tM 00

CM

CM CO

00

oo

in

M

о

m

in

in

in

#1

t

Ч

1

«I

o

о

о

о

о

«

с ч

О г

О Ш

in о

кid

г-ГЛ

ь

exn

s

ок

(U

Uiи

Z

О го

I

-300

«I

о

ю

г

#

о

После затвердонання тампонажного раствора образуется цементный камень объем пор которого заполнен раствором солей двухвалентной меди и/или продуктами ее реакции с некоторыми веществами тампонажного материала, прежде всего с гил,роксидом кальция. В этом случае в1эшадает тонкодисперсный осадок гидрооксида меди, повышающий седиментационную устойчивость суспензии, частично кольматирующей поровое пространство и снижающий его проницаемость. При воздействии на такрй цементный камень агрессивно среды, содержащей сероводород, последний, растворяясь в поровой жидкости, вступает в химические реакции с соединениями двухвалентной меди, в результате которых образуется нерастворимый в поровой жидкости и нейтральный по отношению к цементному камню сульфид меди, который за счет благоприятной морфологии кристаллов, меньшей степени анизометричности по сравнению с сульфидом железа, более эффективно кольматирует поровое пространство, препятствуя дальнейшему проникновению сероводорода вглубь цементного камня.

Из данных, приведенных в таблице, следует, что химическая обработка тампонажных растворов согласно предложенному способу значительно повышает устойчивость цементного камня к сероводородной агрессии по сравнению с прототипом. Введение в процессе химической обработки меньшего чем предлагается количества солей двухвалентной меди, не обеспечивает достаточной защиты от сероводородной агрессии. Помимо защиты от сероводородной агрессии химическая обработка тампонажных растворов согласно предлагаемому способу повышает седиментационную и суффозионную устойчивост благодаря образованию коллоидно-дисперсного гидроксида меди при реакции со щелочными компонентами вяжущего состава, что дает возможность значительно расширить пределы регулирования водоцементного отношения обработанных тампонажных раствор oie.

Применение предлагаемого способа обеспечивает повьппение качества крепления скважин в условиях сероводородной агрессии.