Тампонажный материал Советский патент 1992 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к тампонажным материалам, используемым для цементирования обсадных колонн при наличии пластов, склонных к поглощению.

Известен тампонажный материал, включающий тампонажный цемент и облегчающую добавку, например, бентонит.

Этот материал не позволяет получать облегченные тампонажные растворы с необходимым технологическими характеристиками.

Наиболее близок к предлагаемому тампонажный материал, содержащий цемент и кремнеземсодержащий компонент.

Этот материал не позволяет получать облегченные тампонажные растворы с низкой седиментационной устойчивостью и

обеспечивать плотный контакт цементного камня с сопредельными поверхностями.

Цель изобретения - повышение седиментационной устойчивости облегченного тампонажного раствора и повышение прочности цементного камня на его основе в интервале температур от 20 до 120°С при одновременном повышении плотности контакта цементного камня со стенками скважины.

Поставленная цель достигается тем, что тампонажный материал в качестве кремне- земсодержащего компонента содержит отход гидроотмойки бурого угля при следующем соотношении компонентов, мае. %:

Цемент40-80

Отход гидроотмойки

бурого угля20-60

VI

GO

Ю

00

ю

Ниже приведен химический состав отходов гидроотмойки бурого угля, мае. %: Si0242-47

Бурый уголь40-45

А 20з8-12

СаО1-3

РеаОз1-2

Объемная масса отходов гидроотмойки бурого угля 450-500 кг/м плотность 1800- 1900 кг/м3. Количество отходов гидроотмойки бурого угля только по Ангренскому карьеру составляет несколько миллионов тонн при ежегодном приросте 300-350 тыс. т. Материал-прототип обеспечивает необходимые технологические свойства тампо- нажного раствора и камня только при нормальном водосодержании. При увеличении водосодержания для получения облегченных тампонажных растворов (ниже 1650 кг/м3) резко ухудшается их седиментацион- ная устойчивость, снижается прочность образующегося камня и, как следствие, ухудшается плотность его контакта со стенками скважины.

Предлагаемый тампонажный материал представляет собой продукт совместного помола тампонажного клинкера, гипса и отходов гидроотмойки бурого угля. Ввиду хорошей размалываемости отходов получаемый тампонажный материал характеризуется высокой удельной поверхностью-до 400 м/ кг и выше, что обеспечивает высокую седиментационную устойчивость цементных растворов и прочность цементного камня. Сравнительно низкая плотность отходов гидроотмойки бурого угля обеспечивает получение облегченных тампонажных растворов с плотностью до 1400 кг/м3 и ниже. Наличие в добавке активного кремнезема позволяет при достижении достаточных термодинамических условий резко повысить прочность тампонажного камня за счет образования низкоосновных гидросиликатов кальция. Содержание в отходах значительного количества бурого угля, в состав которого входят различные органические компоненты, приводит к гидрофобизации поверхности частиц цемента в процессе помола компонентов тампонажной смеси, что улучшает адгезию между цементным камнем и гидрофобными стенками скважины, снижает слеживаемость и комкование тампонажного материала, сохраняет его активность в процессе хранения.

Пример конкретного выполнения. В лабораторную, шаровую мельницу загружают компоненты тампонажного материала: тампонажный клинкер 2250 г, гипс 150 г, отход гидроотмойки угля 600 г(75:5:20 мае. ч.).

После 60 мин помола замеряют тонкость помола, время впитывания капель воды.

1000 г приготовленного тампонажного материала затворяют водой (700 г). Плотность полученного тампонажного раствора 1550 кг/м , растекаемость 24 см. Полученный тампонажный раствор заливают в фор- мы-балочки и цилиндры. Твердеет цемент при 22,75,100,120°С и давлении до 20 МПа.

0 Тапонажный раствор и камень испытывают на водоотделение, прочность на изгиб и определяют давление гидропрорыва контакта цементный камень-глинистая корка. Глинистую корку формируют путем циркуляции

5 нефтеэмульеионного бурового раствора, содержащего нефтепродукты в количестве до 20% от объема раствора. Подобным образом готовят тампонажный материал с различным содержанием отхода гидроотмойки

0 бурого угля и опредляют технологические параметры тампонажного раствора и камня, полученных на его основе (см. таблицу).

Как видно из таблицы, прочность тампонажного камня, полученного из предложен5 ных составов тампонажного материала, выше прочности облегченных цементов по ГОСТ 1581-85, тогда как тампонажных состав по протитопу не позволяет получать облегченные тампонажные растворы необ0 ходимой прочности и седиментационной устойчивости. С увеличением содержания в тампонажном материале отходов гидроотмойки бурого угля улучшается седиментаци- онная устойчивость цементного раствора,

5 водоотстой снижается с2,5 % (при содержании добавки 20 %) до 1 % (при содержании добавки 60%), а время впитывания капель воды тампонажным материалом соответственно увеличивается со 100 до 190 с, что

0 связано с ростом гидрофобности вяжущего. С увеличением в тампонажном материале количества отходов углеотмойки бурого угля повышается давление гидропрорыва контакта тампонажный камень - глинистая кор5 ка, что свидетельствует об улучшении адгезии в данной системе. С увеличением содержания в тампонажном материале отходов гидроотмойки бурого угля свыше 60% прочность тампонажного камня при нор0 мальной температуре не соответствует тре- бованиям ГОСТ 1581-85. Прочность тампонажного камня, полученного из состава (90:10), при повышенных температурах резко снижается, что обусловлено низким

5 содержанием в тампонажном материале активного кремнезема. Кроме того, при этом затрудняется получение облегченных седи- ментационно устойчивых цементных растворов, соответствующих требованиям ГОСТ 1581-85.

За базу сравнения для подсчета экономической эффективности внедрения предложенного технологического решения принят тампонажный материал по прототипу. Экономическая эффективность использования описанного тампонажного материала проявляется в снижении затрат на капитальный ремонт, скважин, предупреждении межпластовых перетоков флюидов.

Формула изобретения Тампонажный материал, содержащий цемент и кремнеземсодержащий компо0

5

нент, отличающийся тем, что, с целью повышения седиментационной устойчивости облегченного тампонажного раствора и повышения прочности цементного камня на его основе в интервале температур от 20 до 120°С при одновременном повышении плотности его контакта со стенками скважины, он в качестве кремнеземсодержащего компонента содержит отход гидроотмойки бурого угля при следующем соотношении компонентов, мае. %:

Цемент40-80

Отход гидроотмойки

бурого угля20-60

Сущность изобретения: тампонажный материал содержит цемент 40-80%; отход гидроотмойки бурого угля 20-60%. Цемент и отход гидроотмойки бурого угля подвергают совместному помолу в течение 60 мин. Добавляют воду и готовят тампонажный раствор. Тампонажный раствор заливают в формы-балочки и цилиндры. Тампонажный раствор твердеет при 22, 75, 100, 120°С и давлении до 20 МПа. Тампонажный раствор испытывают на водоотделение. Определяют прочность цементного камня при изгибе. Определяют давление гидропрорыва на контакте цементного камня и глинистой корки. Характеристики тампонажного материала: плотность раствора 1400-1550 кг/м ; коэффициент водоотделения 1,0-2,5; прочность при изгибе 0,7-2,8 МПа; давление гидропрорыва 0,08-0,13 МПа. 1 табл., 1 пр.