Способ получения тампонажного раствора Советский патент 1984 года по МПК E21B33/138 

СО 00 N9 t11 Изобретение относится к бурению скважин, в частности к креплению нефтяных и газовых скважин. Известны способы приготовления тампонажного раствора, заключакнциеся в том, что с целью повышения седиментационной устойчивости, к портландцементу или в воду для его затворения добавляют различные наполнители и химические реагенты 13 Однако повышение водоудерживакяцей способности тампонажного раствора при этом сопрововдается ухудшением других свойств тампонажного раствора и камня: подвижности раствора, прочности камня и т.д. Наиболее близким к предлагаемому является Способ получения тампонажного раствора, заключакнцийся в затворении портландцемента водой с добавками 2j, по которому в воду затворения предварительно вводят смесь водного раствора алюмината натрия, имеющего рН более 7, и пластификатора. В качестве пластификатора используется сульфитйоспщ товая барда (ССВ) в количестве до 1%, а алкминат натрия вводят в количестве до 5% по весу сухого вещества к весу цемента. Тампонажный раствор,.Полученный по данному способу, имеет высокую се диментагщойную устойчивость, определенную при вертикальном расположении системы (цилиндр или скважина с тампонажным раствором), и образует камень, прочностью не ниже прочности камня из цементного раствора без добавок. Однако -при отклонении системы от вертикали (в реальных условиях нефте газовые скважины в большинстве случа ев имеют зенитный угол от 3 до 45) водвотделение из раствора, приготовленного по известному способу, еще значительно по абсолютному его значению. Это объясняется тем, что при наклоне системы значительно сокращается путь седиментации твердой фазы, а добавка пластификатсфов облегчает взаимное разделение фаз (воды затворения и твердой составляющей раствора) .. Кроме того, применение в качестве пластификатора ССБ приводит к вспени ванию танпонажного раствора и требует введения пеногасителей, что приво дит к снижению седиментационной ус7тойчивости раствора и прочности камня. Цель изобретения - максимальное повышение седиментационной устойчивости тампонажного раствора при изменении угла наклона тампонажной системы до 45 С и обеспечение высокой прочности цементного камня в интервале температур 22-90С. -Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения тампонажного раствора, заключающемуся в затворении портландцемента водой с добавками, портландцемент затворяют на воде, содержащей хлористьй натрий в количестве 14-16% и ПАВ, имеющее критическую концентрацию мицеллообразования не более 0,0054% в количестве 0,2-0,6% от массы воды. При этом в качестве ПАВ используют окзил. Такой выбор комбинированной добавки объясняется тем, что за счет совместного действия электролита и ПАВ происходит связывание свободной почвЫ и увеличение ионной силы раствора, это соответственно уменьшает энергию дисперсной фазы и увеличивает скорость структурообразования, что, в свою очередь, приводит к быстрому накоплению фазы новообразований колоид- ных размеров, на основе которой формируется первичный каркас, препятствующий i процессу седиментации. Выбор окзила, имеющего величину критической концентрации мицеллообг разования ККМ не более 0,005-0,0054%, обусловлен тем, что именно такие ПАБ в большей степени повышают седиментационную устойчивость при добавке их в комбинации с электролитом. При меньшем значении ККМ снижается критический размер мицелл и соответственно их образуется больше в одинаковом объеме. При этом иммобилизируется значительное количество воды, так как близлежащие ее молекулы адсорбируются на поверхности большого количества мицелл. В табл.1 представлено влияние критической концентрации мицеллообразования (ККМ) различных ПАВ на водоотделение тампонажного портландцемента Спасского завода при различных углах наклона тампонажной системы (концентрация ISaC0 в воде затворения 150 г/л); Таблица КМЦ-0,4 1,8 7,85 ССБ-0,4 1,69 10,23 Окзил-0,4 0,005- О 0,05 0,0054 Типан-0,4 0,0098 0,5 1,8 Карбофен.0,4 0,0150 0,93 2,12 Из табл.1 видно, что для достиже ния максимальной .седиментационной устойчивости тампонажного .раствора в интервал углов наклона системы 0-45 требуется выбирать ПАВ, имеющее ККМ в пределах 0,005-0,0054%. Таким образом, введение сильных электрохштов способствует возрастанию количества образующихся мицелл объеме раствора без увеличения кон|центрации ПАВ. В этом случае процесс связывания свобрдной воды во многом определяет ся хемосррбцией и поэтому седиментационная устойчивость мало зависит от .угла наклона системы, оставаясь . всевремя высокой. Следует отметить, что не все добавки электролитов и ПАВ могут использоваться для реализации предложенного способа. Например, такие добавки электролитов как КСбй СаСб, в комплексе с ПАВ хотя и значительно повышают седиментационную устойчивость раствора и улучшают физико-механические свойства камня, но не могут.быть использованы. Это объясняется тем, что тампонажный раствор с такими добавками, получаемый при стандартном водосмесевом отнршении (,5), имеет подвижность (растекаемость), и,сроии загустевания не удовлетворяют требованиям ГОСТ 158t-78. В табл.2 представлено минимальное водоотделение и максимальное повьшение прочности в температурном интервале 22-90Q, которое достигается при затворении . ., портландцемента на 14-16%-ном водном растворе хлористого натрия и добавке окзила - 0,2-0,6%;. . . Нижний предел концентраций хлористого натрия 14% обусловлен тем, что при меньш{х ее добавках в комплексе с любыьш сочетаниями окзила уже не достигается высокая седиментационная устойчивость при больших углах наклона системы (см.табл.2). Таблица2

Продолжение табл. 2

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТАШОНАЖНОГО РАСТВОРА, заключающийся в затворении портландцемента водой с добавками, отличающийся тем, что, с целью максимального повьшения седиментационной устойчивости тампонажного раствора при изменении угла наклона тампонажной системы до и обеспечения высокой прочности цементного камня в интервале 22-90 С, портландцемент затворяв на воде, содержащей хлористый натрий в количестве 14-16% и ПАВ, имеющее критическую концентрацию мицеллообразования не более 0,0054% в количестве €,2-0,6% от массы воды. 2. Способ по п.1, отличающий с я тем, что в качестве ПАВ используют окзип. (Л

Добавка хлористого натрия и окзила в % от

Верхний предел добавки хлористого натрия (16%) обусловлен тем, что при больших добавках соли уже не достигается максимальная прочность камня во всем интервале температур (2290 С) (см.табл.2).

Нижний предел добавки окзила 0,2% выбран исходя из того, что при меньших добавках окзила в сочетании с 14-16%-ной добавкой хлористого натрия уже не достигается максимальная седйментационная устойчивость тампонажмассы жицкрсти затворения. ного раствора во всем интервале углов наклона системы (0-45) (см.табл.2). Верхний предел добавки окзила 0,6% выбран исходя из того, что выше- 5 150,2 4-30 5-20 1-50 2-15 150,4 6-40 7-20 2-30 2-47 150,6 --3-20 3-45 Добавка хлористого натрия и окзила Время загустевания определялось на

Верхний предел температуры 90С выбран исходя из того, что тампонажные портландцементы, выпускаемые промьшшенностью, рекомендуются к использованию в -скважинах с температурой ниже . Это подтверждается результатами опытов (см.табл.2), которые показывают, что при температуре выше 90°С, происходит значительно падение прочности тампонажного камня

Нижний температурный интервал выбран исходя из того, что тампонажный раствор в основных нефтегазодобывающих районах (исключая районы вечной мерзлоты) поднимают на высоту 5-200 м от устья, где минималь- 45

ная температура составляет 22-25 С.

Пример 1 (нижний граничный интервал применения способа)..Исходные данные: температура , количество цемент.а tO т, водоцементное отношение (В/Ц), 0,5, количество, жидкости затворения 5,0 м.

Для затворения портландцемента в емкостях ЦА готовят жидкость затворения, представляющую 15%-ный водный раствор хлористого натрия с добавкой 0,2% окзила.

В первую очередь в воде растворяют хлористьй натрий. Для получения 15%-ного водного раствора необходимо 166 кг хлористого натрия на 1 м воды.

Таким образом, для приготовления 5 м жидкости затворения необходимо 166 кг хлористого натрия.

После приготовления 15%-ного водного раствора хлористого натрия (полного растворения 830 кг в 5 м воды)в жидкость затворения (нижний предел добавки окзила), что составляет 10 кг сухого вещества окзила на 5 м жидкости затворения. Добавка окз1ша 0,2%

натрием как высокую седиментационную устойчивость при приготовлении та шонажного раствора, так и необходимое время прокачивания (см.табл.3). Жидкость затворения затем тщательно перемешивают и замеряют ее плотность, которая должна соответствовать 1,1 -г/смз.

Это позволяет контролировать качество жидкости затворения и в процессе приготовления тампонажного раствора достигнуть поставленную, цель. этого предела применение добавки нецелесообразно, так как интервал добавок окзила 0,2-0,6% позволяет получать необходимое время прокачивания в диапазоне температур 22-90°С (см.табл.3). Таблица 3 1-20 1-35 0-300-40 1-50 2-00 0,551-10 2-30 2-45 1-451-55 от массы жидкости затворения. консистометре КЦ-3 обеспечивает в комплексе с хлористым 91 На приготовленной жидкости затворения осуществляют приготовление там понажного раствора и транспортировку его в затрубное пространство по известной технологии. Пример 2. Исходные данные: температура 70.°С, количество цемента 10 т, , количество жидкосЖ 5 ти затвор В этом случае технология приго ов ления жидкооти зат орения и тампонаж ного раствора не отличается от указанной в примере 1. В данном случае лишь изменяется количество окзила и составляет 0,4% от массы жидкости затворения, т.е. 20 кг на 5 м Это вызвано тем, что добавка окзила 0,2% хотя и позволяет достигнуть цели изобретения, но не позволяет получить необходимое время загустевани

тампонажного раствора. Этому требованию удовлетворяет добавка окзила 6,4% см.табл.3). Таким образом содержание хлористого натрия в жидкости затворения составляет 166 кг на 1 м и соответственно окзнла 20 кг на t м воды затворения.

Пример 3 (верхний граничный интервал п| именения способа). Исходные данные: температура , количество цемента 10 т, В/Ц 0,5, количество .жидкости затворения 5м.

ня - максимальной прочности в

интервале температур 22-90 0.

Использование данного способа получения тампонажного раствора дает возможность получать раствор максимальной седиментационной устойчивости и обеспечит высокие физико-механические свойства сформированного из него камня, повысить качество разобщения пластов Б нефтегазовых скважинах . 7 В этом случае приготовление жидкости затворения и тампонажного раствора принципиально не отличается от примеров 1 и 2. Разница лишь в том, что для получения необходимого времени загустевания тампонажного раствора (см.табл.2) добавка окзила в комплексе с хлористь1м натр1ием в жидкости затворения составляет 0,6% (30 кг). Таким образом, содержание хлористого натрия составляет 166 кг на 1 м и 30 кг на 1 м соответственно окзила воды затворения. Приведенные примеры подтверждают возможность осуществления данного способа с целью ползгххения тампонажного раствора высокой седиментационной устойчивости в интервале углов наклона 0-45 , а сформированного кам