Расширяющийся тампонажный раствор Советский патент 1990 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к расширяющимся тампонаж-1 ным растворам, и может быть использовано при креплении в диапазоне температур 100-150°С.

Цель изобретения - повышение сцепления цементного камня с обсадной колонной при одновременном увеличении термостойкости.

Расширяющийся тампонажный раствор содержит шлакопесчаный тампонажный цемент (ШПИС), расширяющую добавку - пылевидную золу горючих слан- цев, замедляющие добавки - нитрилотриметилфосфоновую кислоты (НТФ) и феррохромлигносульфонат (ФХЛС), а также бентонитовый глинопорошок, железный купорос и воду при следующем соотношении компонентов, мае.ч.:

Шлакопесчаный

цемент50,00 - 70,00

Пылевидная зола

горючих сланцев 30,00 - 50,00 Нитрилотриметил- фосфоновая кислота0,03 - 0,10 Феррохромлигносульфонат 0,20 - 0,40

Бентонитовый глинопорошок Железный купоросВода

0,66 - ,00

0,30 - 0,70 50,00 - 52,00 Высокая термостойкость цементного камня из тампонажного- раствора в диапазоне 100-150°С обусловлена качественным составом шлакопесчаного цемента, твердеющего с образованием низкоосновных гидросиликатов кальция, а также образованием дополнительно значительного количества гидросиликатов тоберморитового типа и кремнеземсодержащих алюмоферитных гидрогранатов кальция при взаимодействии гкдроксида кальция гидра- тированной сланцевой золы-с кварцем и доменным шлаком.

Высокое сцепление цементного камня из тампонажного раствора с обсадной колонной в диапазоне 100-150°С, обусловлено как составом- продуктов твердения, так и высокими значениями остаточного, т.е. происходящих непосредственно в затрубном пространстве скважины расширения и самоуплотнения твердеющего тампонажного раствора в результате применения добавки - железного купороса.

Регулирующее действие железного купороса на кинетику расширения тампонажного раствора объясняется образованием на частицах оксида кальция сланцевой золы пленки сульфата кальция, замедляющей скорость гидратации оксида кальция. Гидроксиды железа (II), образующиеся в результате гидролиза сульфонат железа, кольматируют поверхность кристаллов портландита, образующихся при взаимодействии окиси.кальция с водой, препятствуя их росту и способствуя замедлению процесса расширения всей системы в целом.

Пылевидная зола горячих сланцев - тонкодисперсный минеральный остаток от сжигания горючих сланцев, уловленный из дымовых газов системой обеспыливания. Содержание несвязанного оксида кальция в зоне составляет Не менее ,16%, а дисперсность (остаток на сите № 008) - не более 30%.

Приготовление тампонажного раствора производят по обычной технологии путем затворения сухой смеси цемента и сланцевой золы с последую

5

0

5

0

5

0

5

0

5

щим перемешиванием в мешалке. Все добавки, в том числе железный купорос, вводятся с водой затворения. Бентонитовый глинопорошок вводится с водой затворения, но при этом осуществляется его диспергирование в течение 30-40 мин.

Пример 1.В50 мае.ч. воды растворяют 0,03 мае.ч. НТФ, 0,2мае.ч. ФХЛС, 0,3 мае.ч. железного купороса и диспергируют 0,66 мае.ч. бентонитового глинопорошка. Раствором затворяют 70 мае.ч. цемента ШПЦС-120 и 30 мае,ч. пылевидной золы горючих сланцев. Полученный тампонажный раствор с растекаемостью 205 мм предварительно перемешивают 2 ч в консистометре при 8б°С и 30 МПа, затем из него формируют образцы. Через 24 ч твердения при ЮО°С и 30 МПа расширение камня составляет 7,2%, а сцепление - 3,2 МПа.

Пример 2. В 51 мае.ч. воды растворяют 0,05 мае.ч. НТФ, 0,3 мае.ч. ФХЛС, 0,5 мае.ч. железного купороса и диспергируют 0,85 мае.ч. бентонита. Раствором затворяют 60 мае.ч. цемента и 40 мае.ч. сланцевой золы. Полученный раствор с растекаемостью 200 мм перемешивают при 100°С и 40 МПа. При 125°С и 40 МПа расширение камня составляет 9,5%, а сцепление - 5,0 МПа.

Пример 3. В 52 мае.ч. воды растворяют 0,1 мае.ч. НТФ, 0,4 мае.ч. ФХЛС, 0,7 мае.ч. железного купороса.и диспергируют 1 мас.ч. бентонита. Раствором затворяют 50 мас.ч. цемента и 50 мас.ч. сланцевой золы. Полученный раствор с растекаемостью 200 мм перемешивают при 120°С и 50 МПа. При 150°С и 50 МПа расширение камня составляет 9,1%, а сцепление - 6,3 МПа.

Пример 4.В 50 мас.ч, воды растворяют 0,03 мас.ч. НТФ, 0, 2 мае.ч. ФХЛС, 0,2 мас.ч. железного купороса и диспергируют 1 м ас.ч. бентонита. Раствором затворяют 50 мас.ч. цемента и 50 мас.ч. сланцевой золы. Приготовленный тампонажный раствор с растекаемостью 210 мм перемешивают при 80°С и 30 МПа. Расширение камня при 100°С и 30 МПа составляет 4,3%, а сцепление -1,9 МПа.

I

Пример 5.В 52 мас.ч. воды растворяют 0,.ч. НТФ, 0,4 мае.ч. ФХЛС, 0,8 мас.ч. железного купороса

5

и диспергируют 0,66 мае,ч. бентонит Раствором затворяют 70 мае.ч. цемента и 30 мае.ч. сланцевой золы. Приготовленный тампонажный раствор с растекаемостью 180 мм перемешивают - при 120°С и 50 МПа. Расширение камн при 150°С и 50 МПа составляет 6,3%, а сцепление - 2,6 МПа.

Тампонажный раствор имеет высоки температурный диапазон применения, а регулируемая кинетика расширения позволяет получить повышенное сцепление цементного камня с обсадной колонной и стенками и, таким образом, уменьшить количество ремонтно- изоляционных работ в период освоени скважин и продлить межремонтный период их эксплуатации.

В температурном интервале 100- 150 С оптимальными являются смеси с соотношением ШПНС-120 и сланцевой золы от 70:30 до 50:50.

В таблице представлены данные о влиянии двухчасового предварительного перемешивания, имитирующего транспортирование тампонажного раствора в за рубное пространство скважины, на расширение цементного

,/bVv

камня (j-i и сцепление его с колонной, характеризуемое величиной касательного напряжения () при выдавливании затвердевшего цементного камня из стального цилиндра. Как видно из таблицы расширение камня, твердевшего после предварительного- перемешивания раствора, составляет всего 20,2-25,0; 16,6-18,9 и 11,6- 12,7% расширения камня, твердевшего в статических условиях при 100, 125 и 1 50°Г. соответственно. Этим невысоким остаточным расширением и объясняется падение (на ) величины сцепления камня в случае предварительного перемешивания тампонажного раствора (растворы 1,16, 31, 6, 21, 36, 11, 26, 41 ).

Введение в состав тампонажного раствора 0,3-0,4; 0,4-0,5 и 0,6- мае.ч. железного купороса соответственно при 100; 125 и 150 С позволяет сохранить высокие значения сцепления камня с колонной за счет замедления скорости гидратации оксида кальция золы в,о время двухчасового перемешивания (растворы 3, 4, 18, 19, 33, 34, а, 9, 23, 24, 38, 39, .13, 14 28, 29, 43, 44). При этом ЈСАВ в

7I720

указанных растворах в 2,3-2,7 рапа выше, чем у аналогичных растворах без добавки железного купороса.

Дозировка железного купороса ниже оптимальных значений не обеспечивает высоких значений сцепления камня и предварительно перемешанных растворов. Повышение содержания куЮ пороса сверх оптимального увеличивают водопотребность тампонажных

растворов и ускоряет образование в них структуры за счет активизации процессов гидратации частиц домен15 ного шлака избыточным количеством сульфат-ионов, о чем свидетельствует сокращение времени загустевания. Снижение содержания твердой фазы в растворе и быстрый процесс структу20 рообразования, уменьшая расширение, вызывают тем самым уменьшение величины сцепления камня.

Использование изобретения обеспечивает высокое качество раэобще25 ния близкорасположенных пластов при 100 - 150°С.

Формула изобретения

30 Расширяющийся тампонажный раствор, включающий вяжущее, пылевидную золу горючих сланцев, бентонитовый глинопорошок, замедлитель сроков схватывания, водорастворимую соль ,, и воду, отличающийся тем, что, с целью повышения сцепления цементного камня с обсадной колонной при одновременном увеличении термостойкости,.он содержит в 40 качестве вяжущего шлакопесчаный цемент, в качестве замедлителей сроков схватывания феррохромлигносуль- фонат,и нитрилотриметилфосфоновую кислоту, в качестве водорастворимой 45 соли железный купорос при следующем соотношении компонентов, мае.ч.: Илакопесчаный

цемент 50,0-70,0

Пылевидная зола

50 горючих сланцев 30,0 - 50,0 Бентонитовый

глинопорошок0,66 - 1,00

Феррохромлигно- сульфонат0,20 - 0,40

,, Нитрилотриметил- фосфоновая кислота0,03,- 0, 10 Железный купорос 0,30 - 0,70 Вода 50,Q - 52,0

Свойстве т маонлжного раствора я цементного камря

Изобретение относится к бурению скважин. Цель - повышение сцепления цементного камня с обсадной колонной при одновременном увеличении термостойкости. Тампонажный раствор содержит следующие компоненты, мас.ч.:шлакопесчаный цемент 50,0-70,0

пылевидная зола горючих сланцев 30,0-50,0

бентонитовый глинопорошок 0,66-1,00

феррохромлигносульфонат 0,25-0,40

нитрилометилфосфоновая кислота 0,03-0,10

железный купорос 0,30-0,70

вода 50,0-52,0. При приготовлении раствора диспергируют бентонитовый порошок в воде. Затем растворяют добавки и затворяют сухую смеь шлакопесчаного цемента и пылевидной золы. Введение железного купороса позволяет замедлить скорость гидратации и обеспечить расширение после транспортирования раствора по скважине. Использование раствора позволит повысить качество разобщения близкорасположенных пластов. 1 табл.