Тампонажный раствор Советский патент 1992 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к тампонажным материалам для цементирования нефтяных и газовых скважин.

Целью изобретения является снижение водопроницаемости цементного камня за счет увеличения давления гидропрорыва при одновременном увеличении прочности сцепления цементного камня с металлом.

Тампонажный раствор содержит следующие компоненты при их соотношении, мае. ч.:

Портландцемент100 Понизитель водоотдачи 0,2-1,2 Гидросил 1.0-9,0 Сульфат натрия 1,0-4,0 Вода 50,5-76,3 В качестве понизителя водоотдачи там- понажный раствор содержит КМЦ или оксиэтилцеллюлозу (ОЭЦ), или поливиниловый спирт (ПВС), или полиакриламид (ПАА). Гидросил представляет собой смесь двуокиси кремния и гидроксила алюминия и является побочным продуктом суперфосфатного производства.

Добавка гидросила в цементный раствор обеспечивает высокую стабильность, а структура камня значительно уплотняется из-за уменьшения гелевой пористости, вследствие чего понижается во до газопроницаем ость. Введение в портландцемент гидросила и сульфата натрия способствует увеличению скорости гидратации цементных зерен, росту ранней прочности и адге- зии камня.

VJ

О

СО

loo

о

Скорость гидратации цемента обусловливается образованием дополнительного эттрингита и гидросиликатов кальция в начальный период твердения и определяется составом жидкой фазы, содержащей ионы Са. 504,.А1(ОН)з. При взаимодействии сульфата натрия с суспензией цемента последняя быстро обогащается ионами натрия и сульфата, что приводит к увеличению концентрации гидроксильных групп и сни- жению содержания ионов Са4 за счет связывания их ионами SCM2 , а присутствие А1(ОН)з приводит к образованию дополнительного гидросульфоалюмината кальция и натрия, повышающего прочность и плот- ность структуры цементного камня.

Оптимальное соотношение гидросила и сульфата натрия в тампонажном растворе составляет от 2:1 до 3:1.

Раствор готовят следующим образом.

Растворяют в воде понизитель водоотдачи, затем гидросил и сульфат натрия. На полученном растворе затворяют портландцемент.

Составы и свойства раствора и камня приведены в таблице.

Водоотдачу определяют при перепаде давления над фильтром 3,7 МПа при 20 и 75° С. Величину сцепления (адгезию) цементного камня с металлом оценивают по усилию сдвига при выдавливании образца из пресс-формы под прессом. Водопроницаемость оценивают следующим образом. В металлическую пресс-форму заливают тампонажный раствор, выдерживают в термостате при t 20 и 75 С. Затем формы герметично подсоединяют к установке высокого давления. По величине объема профильтровавшейся жидкости и давлению гидропрорыва рассчитывают коэффициент водопроницаемо- сти.

П р и м е р 1 (опыт № 3). Берут 648 мл (64,8 мае. ч.) воды, добавляют КМЦ 6 г (0,6 мае. ч.), перемешивают до полного растворения, затем добавляют последовательно при перемешивании сульфат натрия 30 г (Змас. ч) и гидросил 80 г (8 мае. ч), после этого добавляют 1000 г (100 мае. ч.) цемента, перемешивают механической мешалкой в течение 3 мин, затем проводят испытания по указанной методике.

Численные значения определяемых величин для приведенного примера следующие: растекаемость раствора 19 см, водоотстой 0, водоотдача за 30 мин при 20 и 75 ° С соответственно 30 и 82 см . начало схватывания при 20 и 75°Ссоответственно4 ч 40 мин и 1 ч 45 мин. конец схватывания 6

ч и 2 ч 30 мин, прочность на изгиб при в/с 0,6 через 2 сут составляет 3,6/6,0 МПа, прочность сцепления 2,0/2,8 МПа, водопроницаемость 0,04 10 м/с.

П р и м е р 2 (опыт N° 7). Берут 505 мл (50,5 мае. ч.) воды, добавляют ПВС 12 г (1,2 мае. ч.), перемешивают до полного растворения, затем добавляют сульфат натрия 10 г (1 мае. ч.) и 10 г (1 мае. ч.) гидросила, перемешивают, затем вводят 1000 г (100 мае. ч.) портландцемента, перемешивают и проводят испытания,аналогичные с примером 1.

Результаты испытаний водоотдачи, во- доотстоя, прочности, сроков схватывания прочности сцепления, водопроницаемости помещены в таблице.

При содержании компонентов в больших или меньших количествах от указанных пределов происходит ухудшение всех характеристик тампонажного раствора.

Из приведенных данных видно, что тампонажный раствор имеет короткие сроки схватывания, обладает высокой седимента- ционной устойчивостью (водоотстой не более 0,6%), низкой водоотдачей (до 100 см за 30 мин), а также повышенной механической прочностью камня (при сравнимых во- досмесевых отношениях на 10-80% выше, чем у известных растворов), величина сцепления с металлом в 1, раза выше, а водо- проницаемость в 2-5 раз ниже, чем у сравниваемых составов.

Использование тампонажного раствора в промышленности позволит повысить качество цементирования скважин в продуктивных горизонтах за счет улучшения сцепления цементного камня между породой и обсадными трубами, что даст возможность сократить число ремонтно-изоляционных работ.

Формула изобретения Тампонажный раствор, включающий портландцемент, понизитель водоотдачи, сульфат натрия и воду, отличающийся тем, что, с целью снижения водопроницаемости и повышения давления гидропрорыва при одновременном увеличении прочности сцепле ния цементного камня с металлом, он дополнительно содержит гидросил при следующем соотношении компонентов, мае. ч.:

Портландцемент100 Понизитель водоотдачи 0,2-1,2 Гидросил 1-9 Сульфат натрия 1-4 Вода 50,5-76,3

евина

J° 0.5 50.5 0,5 61.,В 0,6 76,3 0,7 76.3 0,7 63,6 0,6 50,5 0,5 50,5 0,5 6(,в о,6 76,3 0,7 50,5 0,5 74.3 0.7 63,6 0,6 0,5 1.9.5 0,1.5 575,1 0,75 3 70,2 0,65 .2 55,0 0,55

NaOlI 50 0,5 10

700,7

550,55

СаС1 600,6

1,8320

1.8319

1.7.18

1.6520

1,61. 19

1,73 20 1.82 20,5 1,82 1Э,5 1 , 18 1,65 16 1,83 19

1,65 13,5

I, 18

1,76 Паста

1,62 25

1, 18

1.78 22

1,82 19

1,65 20 1,82 17 1,76 18

2,5 0,3

0,2

,2

,6

,2

,2

.0

,2

.3

1

75 20 75

0. 75

2 О

75

20

75

20

75

20 75

20 75 20 75

20

75

20

75

20

75

20

75

20 75

20

75

20

75

20

75

20

75

20

75

20

/Г

20

75

Ко.

620

29. по

it- Si.

70

80 Т20

I. W

39.

55

1.5

8Г

1.0

Jo- 20.

50

60

Too

i9 70

JO 86

159

500

52...

SO

80

Too

80 3:30

J°

fa

§9.. i Ho

5.9.. 130

6-20 2-6Г

T:SO

1,-i.O

T:5s

6-00

J-00

. i-io

I.-00

T::i5

li-dO

Г-Ц 5:29

1-55

i-Us

4-10

-Ц

6-20 2-66

I.-20 Г-Ц

5-10

:«

18-00

T6:6c 3:20.

0-50 I.-1.0

ТЧГ

5:99.

3-20

2:50

§00

3:56

8-50

-.0-00 146

11-JO

з:зо

2-i.c 206

6-00

206

10-1.0

5:2-65:59

2-20

§: S 2-iio

§:39

2-50

6-50

2-50

2:K

2-20

j-J.0 3:20

9:99

t-50

8-30 2:50

3:59

3-30

ц-оо

25:66 8-50

i:io

1:99. 2-30

8-30 J:H§:5S3-5o

u-oo

гчг

16-20 5-3018-00

«:je5 5

M-u3.9. 5,3

i5.8

|i§. 1.5

1:1-d1:11:1MИ :l :

WWi:J i

.L. 3.1

jfc it«

.,§..

2.3

.2,2. 3.3

.2.9 2, Б

bS.

2,9

..2

3.2

Ts

-1:1

-1:12.2.

3.0

: 1:5-W9.8. 1.2

9.L 1.3

2- l- 2,8

i.. 2,0

J:i- W1.9. 1,7

9.1. 1,3

2,1

0,8

0,1.

0,6

0,2

0, I

0,3

O.I

0,1

0,2

0.7

0,2

0,3

0,6

1,3

o,

1,2 2,4 3,5 3,0 3,2

Изобретение относится к бурению скважин и предназначено для цементирования нефтяных и газовых скважин. Цель изобретения - снижение водопроницаемости и повышение давления гидропрорыва при одновременном увеличении прочности сцепления цементного камня с металлом. Раствор содержит следующие компоненты при их соотношении, мас.ч: портландцемент 100; понизитель водоотдачи 0,2-1,2; гидросил 1.0-9,0; сульфат натрия-1.0-4,0; вода 50,5-76.3. В качестве показателя водоотдачи используют КМЦ или оксиэтилцел- люлозу, или поливиниловый спирт, или полиакриламид. Тампонажный раствор готовят затворением портландцемента на водном растворе добавок. Добавка гидросила обеспечивает высокую стабильность раствора, а структура камня значительно уплотняется из-за уменьшения гелевой пористости, вследствие чего понижается водо- газопроницаемость. 1 табл. со с