Тампонажный раствор Советский патент 1992 года по МПК E21B33/138 E21B43/02 

Изобретение относится к добыче нефти и газа и может быть использовано для одновременного крепления и водоизоляции пород призабойной зоны скважины.

В результате применения известных составов удается либо укрепить горную породу, либо произвести водоизоляцию обводненных пропластков.

Известен состав для крепления неустойчивых пород, включающий силикат щелочного металла, например силикат натрия, ПАВ, например ОП-10, и воду.

Недостатками известного состава являются низкая прочность образующегося состава и невозможность водоизоляции. Экспериментальные исследования дают значения прочности не более 0,03 МПа, что неприемлемо для условий эксплуатационных скважин.

Известен состав для изоляции водоносных зон нефтяных пластов, содержащий водорастворимый полимер, силикат

щелочного металла (натрия или калия), спирт и воду..

Однако применение его возможно только для изоляции вод высокопроницаемых пластов без .крепления призабойной зоны скважины; мгновенное схватывания состава при встрече с минерализованной водой; получаемая в пласте геле- ооразная масса выдерживает лишь незначительные нагрузки.

Известно также, что водный раствор силиката натрия обладает высокой водоизоли- рующей способностью, но не может укреплять рыхлые породы нефтеносных пластов.

Наиболее близким к предлагаемому является состав для крепления зоны скважин, включающий кварцевый песок, тампонажный портландцемент, силикат натрия.и воду.

Недостатком прототипа является его непроницаемость для нефти.

|L«

xj

Ю

Оч

ч

со

Цель изобретения - получение камня, непроницаемого для жестких пластовых вод и проницаемого для нефти.

Поставленная цель достигается тем, что в известном составе для крепления, включа- ющемтампонажный портландцемент, кварцевый песок, силикат натрия и воду, компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:

Тампонажный цемент10-21

Кварцевый песок15-35

Силикат натрия8-12

ВодаОстальное,

причем жесткость воды составляет 0,05-5,0 мг-экв/дм3, а кварцевый песок имеет размер зерен 0,5-0,9 мм.

Использование предлагаемого состава позволит проводить при креплении неустойчивых пород одновременно и изоляцию пластовых вод и получить прочный камень, проницаемый для нефти.

За счет этого значительно сокращаются материальные затраты и время простоя скважин.

Предлагаемый состав для крепления отличается от известного тем, что, во-первых, компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:

Тампонажный портландцемент10-21Кварцевый песок15-35 Силикат натрия8-12 Вода Остальное во-вторых, в отличие от прототипа, песок взят с зернами размером 0,5-0,9 мм, а концентрация водного раствора силиката натрия, используемого для затворения, составляет 10,7-27,3 мас.%.

Далее, жесткость воды в составе составляет 0,05-5,0 мг-экв/дм .

Анализ известных составов для крепления пород показывает, что состав обладает по сравнению с известным повышенной прочностью образующегося камня, во-первых, и проницаем для нефти, во-вторых. Известно использование портландцемента и кварцевого песка в силикатных составах, но в данном составе применяется измельченный песок и вода, позволяющие получить непроницаемый цементный камень. В предлагаемом же составе применен песок с зернистостью 0,5-0,9 мм и вода с жесткостью 0,05-5,0 мг-экв/дм3, что позволяет получить прочный и в то же время проницаемый для нефти камень.

Известно также, что растворы силиката натрия обладают водоизолирующей способностью в пластовых условиях. Концентрация водного раствора силиката натрия. здесь составляет 1,6-10 %, в то время, как

в предлагаемом составе она составляет 10,7-27,3 % в воде с жесткостью Ор5-5,0 мг-экв/дм .

Такая вода позволяет предотвратить образование в растворе осажденных катионов магния и кальция и позволяет сохранить силикат натрия в качестве активного реагента для последующего взаимодействия с пластовой водой, содержащей эти катионы. При

0 этом взаимодействии происходит образование нерастворимого осадка, забивающего поры водоносного пропластка, т.е. создается эффект, врдоизоляции. Контакт же силиката натрия с нефтью не вызывает

5 изменений в его состоянии. Поэтому образующийся камень сохраняет в зоне нефтяного пропластка свою проницаемость,

Для экспериментальной проверки предлагаемого состава были изготовлены

0 образцы цилиндрической формы из кварцевого песка по ГОСТ 6139-78 с зернами округлой формы размером 0,5-0,9 мм, тампонажного портландцемента по ГОСТ 1581-85, силиката натрия по ГОСТ 13079-81

5 и пресной воды по ГОСТ 4979-49 с жесткостью 0,05-5,0 мг-экв/дм . Режим твердения экспериментальных образцов был приближен к условиям скважины, исключающим потерю жесткости затворения в каждом

0 опыте. Три образца одного состава твердели в камере со 100 %-ной относительной влажностью воздуха, погруженные в минерализованную воду, три других образца того же состава твердели в камере, погруженные

5 в нефть.,

При твердении камня расход жидкости затворения на гидратацию цемента компенсируется за счет поступления в камень окру- жающей воды. Таким образом,

0 моделируется ситуация в скважине. В процессе дальнейшей гидратации поступающая в поры песчано-цементного камня пластовая (минерализованная)вода вступает в контакт с раствором силиката натрия5 жидкостью затворения, в результате чего выпадает нерастворимый осадок, снижающий пористость. При избытке силиката натрия в жидкости затворения он вступает в контакт с минерализованной водой на поверхности камня, покрывая его непроница0 емой оболочкой.

При твердении камня в нефти реакции между силикатом натрия и нефтью не происходит, в результате чего пористость камня не снижается.

5

Анализ общей жесткости произведен в соответствии с ГОСТ 4151-72. Вода питьевая. Метод определения общей жесткости (см. табл. 1).

Определение проницаемости производили на установке по ОСТ 39-051-77. Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Как известно, чем больше угловатость зерен, тем плотнее будет уложен песок и тем хуже будет проницаемость камня. Необходимую проницаемость можно получить при использовании кварцевого песка с зернами округлой формы, так как при этом получается максимальное пространство между ними. Это расстояние Должно быть соизмеримо с размерами частиц цемента, так как при частичном вымывании цемента разрушается скелет песчано-цементного камня с одной стороны, а с другой размеры зерен должны быть такие, чтобы обеспечить свободное течение жидкостей.

Известно также, что поровые каналы бывают сверхкапиллярные (свыше 0.5 мм), капиллярные (от 0,5 мм до 0,2 мм) и субкапиллярные (менее 0,2 мм). Свободное течение возможно лишь в сверхкапиллярных и капиллярных каналах. Таким образом, фракционный состав песка выбирается в зависимости от тонкости помола цемента и обеспечения свободного течения жидкости. Для этого пользуются.-мзвестной методикой проектирования гравийного фильтра.

По кривой гранулометрического состава цемента (чертеж, кривая 1) находят коэффициент неоднородности для цемента Ci

г - uu -

deo 0,065

1.4,

dio 0.045 где deo, dio - соответственно размеры отверстий сит, через которые проходит 60 и 10 % массы частиц, мм.

Тогда базовый диаметр частиц песка d6 с ,4 будет . Расчетный оптимальный диаметр зерен гравия

..618 мм. Для соблюдения условия С -$1.5 состав песка должен быть выбран так. чтобы 60 % зерен его проходило через сито с отверстиями

,25-0,,772 мм. а 10 % - через сито с отверстиями

dio § 0.618 0.515 мм.

о,

Наносят значения dio и deo на чертеж и проводят прямую до пресечения с осями (прямая 2). В точках пересечения прямых находят значения ,5 мм и ,9 мм. т.е. размер зерен песка должен находиться в интервале 0,5-0,9 мм.

Результаты экспериментальной проверки приведены в табл. 3.

Изобретение осуществляют следующим образом.

Сухую смесь песка и цемента на устье скважины затворяют на водном растворе силиката натрия. После затворения тампо- нажного состава силикат натрия перед по- падением в пласт участвует только в начавшейся реакции гидратации цемента.

Состав закачивается в скважину и за- давливается в пласт известными способами. После попадания в пласт в нефтеносных

пропластках реакция гидратации продолжается вплоть до полного твердения песчано- цементного камня; Контакт силиката натрия с нефтью не вызывает никаких изменений в его состоянии. Поэтому песчано-цементный

камень сохраняет в зоне нефтяного проплз- стка свою проницаемость.

В части же тампонажного состава, находящейся в зоне водоносного пропластка, равновесие в водном растворе силиката натрия нарушается за счет контакта с водой с активными катионами кальция и магния. Жесткость пластовой воды обычно не менее 7-10 мг-экв/дм хотя доходит и до 500 мг- экв/дм и более (), тогда как мягкая

вода имеет жесткость 0,05-0,15 мг-экв/дм (,5-10.5), что вызывает гидролизацию пластовой воды по катиону, нарушение равновесного состояния и образование нераст- вори.мого осадка, забивающего поры

водоносного пропластка. Так. например, при жесткости пластовой воды 7-10 мг- экв/дм (.5-8.5-м.есторождение Сангз- чалы-Дуванный-море), сухой осадок составляет 20-30 г/дм3, размер частиц около 100 мк. плотность 1100-1200 кг/м3 Учитывая неограниченную растворимость силиката натрия в воде, этот раствор способен проникать по порам в породу на значительную глубину, повышая эффект

водоизоляции. Эффективность реакции растет при высокой общей минерализации пластовой воды за счет адсорбции частиц остальных солей, содержащихся в воде. Образующийся нерастворимый тонкодисперсный силикатный осадок изолирует водоносные каналы пласта, действуя как цементирующее вещество, и скрепляет рыхлые породы..

В нефтеносных же каналах подобной

реакции не происходит и нефть свободно протекает через проницаемый для нее участок песчано-цементного камня.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами конкретных составов и их

свойствами в сравнении и известными (табл.4. 5).

Экономический эффект от внедрения предлагаемого изобретения создается за счет сокращения одной из технологических

операций, проводившихся прежде, а именно изоляции водопритоков.

Формула изо б-р е т е н и я Тампонажный раствор, включающий тампонажный портландцемент, кварцевый песок, силикат натрия и воду, о т л и ч а ю щ и- й с я тем. что, с целью получения камня, непроницаемого для жестких пластовых вод и про- ницаемого для нефти, он содержит

компоненты в следующем соотношении, мас.%:

Тампонажный портландцемент 10-21 Кварцевый песок15-35

Силикат натрия8-12

ВодаОстальное,

причем жесткость воды составляет 0,05-5.0 мг-экв/дм3, а кварцевый песок имеет размер зерен 0,5-0.9 мм.

Изобретение относится к добыче нефти и газа. Цель - получение камня, непроницаемого для жестких пластовых вод и прони- цаемых для нефти. Тампонажный раствор содержит следующие компоненты при их соотношении, мас.%: тампонажный цемент 10-21; кварцевый песок 15-35; силикат натрия 8-12; вода остальное. Жесткость воды составляет 0,05-5,0 мг-экв/дм ; крупность песка 0,5-0,9 мм. Сухую смесь песка и цемента затворяют водным раствором силиката натрия. Проницаемость цементного камня при твердении в жесткой пластовой воде составляет 10-30 -.10 , а при твердении в нефти - на порядок выше. 5 табл.,1 ил.

Т а б л и ц а 1

Таблица2

Таблица 3

Таблица1

Таблица5