Способ приготовления тампонажного раствора Советский патент 1992 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к бурению нефтяных, газовых и разведочных скважин и используется при цементировании обсадных колонн.

При цементировании обсадных колонн нефтяных, газовых и разведочных скважин известны способы применения цементно- бентонитовых (гельцементных) тампонаж- ных растворов Введение гликопорошка в тампонажный раствор осуществляют либо смешением цемента и глинопорошка в сухом виде с последующим затворением сухой смеси водой, либо путем затворения цемента заранее приготовленным глинистым раствором, либо смешиванием глинистого и цементного растворов Глинистый компонент позволяет повысить водосодер- жаниетампонажного раствора призатворе- нии с целью получения раствора пониженной плотности. Известные в нефте- газопромысловой практике добавки к там- понажным цементам хлоридов натрия,

кальция или жидкого стекла служат для ускорения процессов схватывания и твердения тампонажных растворов.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому является способ получения тампонажного раствора пониженной плотности путем зэтворения цемента глинистым раствором, согласно которому с целью ускорения процессов схватывания и твердения могут быть растворены жидкое стекло или хлорид натрия. В зависимости от свойств цемента и глинопорошка растворы могут несколько отличаться один от другого Во всех случаях с увеличением содержания глинопорошка повышается проницаемость и уменьшается прочность камня, удлиняются сроки схватывания раствора. При 22°С через двое суток твердения прочность образцов цементно-бентонитовых смесей при сжатии составляет 1,0-0,3 МПа при добавках на 100 мас.ч. цемента 25-67 мае,ч, бентонита. Через 28 сут твердения образцы тех

со

с

XI

ел о ел

СА XI

же композиций имеют пределы прочности при сжатии соответственно 9,0 и 3,5 МПа.

Однако известный способ имеет следующие недостатки Тампонажные цементно- бентонитовые растворы, приготовленные путем затворения вяжущего на глинистом растворе, содержат глинистый компонент в гидратированном состоянии, о результате чего формируется тамтюнажный камень с повышенной проницаемостью и невысокой прочностью. Высокое водосодержание це- ментно-бентонитовых растворов приводит к увеличению зоны проникновения фильтрата, что затрудняет освоение скважин и в конечном итоге снижает производитель- ность скважин

Целью изобретения является повышение водосвязывающей способности твердеющего камня при одновременном снижении его проницаемости.

Поставленная цель достигается тем, что глинопорошок предварительно выдерживают а водном растворе натриевого жидкого стекла с последующим разбавлением в процессе перемешивания полученной пасты водным раствором хлорида натрия, после чего образовавшейся суспензией затворяют цемент.

Предлагаемый способ состоит из следующих операций Бентонитовый глинопоро- шок не менее 4 ч выдерживают в 4-6% ном водном растворе жидкого стекла. Этот минимально необходимый срок для образования на поверхности глинистых частиц защитных пленок жидкого стекла, затрудня- ющих гидратацию глины, определен по динамике процесса набухания Затем полученную глинистую пасту разбавляют насыщенным водным раствором хлорида натрия. Паста при этом превращается в лег- копрокачиваемую глинистую суспензию, частицы глины в ней сохраняются в негмдратированном экранированном состоянии. В результате разбавления насыщенного раствора хлорида натрия водой, содержащейся в глинистой пасте, концент- рация хлорида натрия в глинистой суспензии снижается примерно до 15% (от воды), что обеспечивает сохранность защитных пленок в течение времени, необходимого для затворения и транспортирования там- понажного раствора в зэтрубное пространство скважины На полученной глинистой суспензии затворяют тампонажный цемент В процессе твердения при гидратации це- мента в жидкой фазе появляется гидроксйд кальция, который в результате обменной реакции с хлоридом натрия в жидкой фазе тампонажного состава переходит в хлорид кальция Последний разрушает экранирующую пленку из силиката натрия. В результате активизируется гидратация глинистой фазы, которая сопровождается ее набуханием в пределах формирующейся структуры перового пространства тампонажного камня и снижением его проницаемости. Повышается водосвязывающая способность или водопотребность твердеющего камня, компенсируемая собственной и привнесенной водной фазой пласта-коллектора.

В процессе твердения тампонажного раствора в системе пласт - коллектор - тампонажный камень целенаправленно создается существенный эффект отсоса пластового флюида, в первую очередь фильтрата, из призабойной зоны пласта в сторону скважины. Формирующийся тампонажный камень характеризуется низкой проницаемостью. Результаты исследования механизмов указанных процессов позвол-яют регулировать их скорости с целью достижения максимального эффекта отсоса. Фильтрация жидкости из призабойной зоны пласта в сторону скважины за счет повышенной водосвязывающей способности специально приготовленной тампонаж- ной композиции приводит к снижению степени обводненности призабойной зоны продуктивного пласта, что должно повлечь за собой снижение депрессии и срока освоения, а в итоге - повышение производительности скважин

П р и м е р. Из саригюхского глинопо- рошка и водного раствора жидкого стекла заготавливают глинистую пасту. По результатам изучения процесса набухания срок выдержки глинопорошка в 6%-ном водном растворе натриевого жидкого стекла должен составлять не менее 4 ч (табл.2). Затем глинистую пасту с помощью перемешивающих устройств гидравлического или механического типа разбавляют насыщенным водным раствором хлорида натрия путем интенсивного перемешивания в течение 1 ч. На полученной глинистой суспензии затворяют цемент, В лабораторных исследованиях использованысаригюхский глинопорошок - обычный бентонит монтмо- риллонитового типа и портландцемент Подольского цементного завода. Отношение жидкости затворения и твердой фазы подбирают из условия приготовления тампонажного раствора с растекаемостью по конусу АзНИИ не менее 18 см. Измерение растекаемости с помощью конуса АзНИИ, плотности ареометром АГ-2, предела прочности при сжатии и газопроницаемости проводилось по стандартным методикам. Измерение коэффициента К , характеризующего водосвязывающую способность

твердеющего раствора и камня и представляющего собой отношение объема водной фазы, поступившей из проницаемой породы, к объему тампонажного раствора, контактирующего с породой, проводилось по методике, разработанной в МИНГ им. И.М.Губкина.

В табл.1 приведены примеры влияния способов приготовления и состава тампонажного раствора на его физико-механические свойства. В колонках 2-6 содержатся конкретные сведения о составе тампонажного раствора в мае.ч. или в % от массы цемента. Введение в тампонажный раствор глинопорошка, предварительно обработанного жидким стеклом, дает отрицательный эффект (табл. 1, образец 1) образуется высокопроницаемый и малопрочный цементный камень. При добавлении к тампокажному цементу хлорида натрия и глинопорошка, не обработанного жидким стеклом, наблюдается некоторое снижение водосвязывающей способности (коэффициент К) при достаточно высокой проницаемости цементного камня, несмотря на весьма низкое значение водотвердого отношения В/Т 0,40 (табл.1, образец 2).

Предлагаемый способ приготовления тампонажного раствора позволяет получить цементный камень, характеризующийся максимальными значениями показателя К и самыми низкими значениями проницаемости (табл.1, образцы 3, А, 16-18). Приготовление глинистой пасты на пресной воде не позволяет получить оптимального комплекса показателей - высокого значения К и низкой проницаемости (табл.1, образцы 11, 12 и 1).

Данные табл.1 позволяют оптимизировать для данного способа состав тампонаж- ного раствора: на 100 мае.ч. портландцемента 5-12 мае.ч. бентонитового глинопорошка монтмориллонитового типа, 0,4-0,8 мае.ч. натриевого жидкого стекла (в пересчете на сухое), 9,4-16,3 мае.ч, хлорида натрия, водотвердое отношение 0,43- 0,52 при растекаемости 18-23 см.

5Наиболее эффективно применение

предлагаемого способа при цементировании обсадных колонн при вскрытии малопористых и слабопроницаемых продуктивных пластов.

0 Использование предлагаемого способа приготовления тампонажного раствора обеспечивает по сравнений с существующими способами сокращение сроков освоения скважин за счет уменьшения зоны

5 проникновения фильтратов бурового и тампонажного растворов в продуктивном коллекторе, а в итоге - повышение производительности скважин.

0 Формула изобретения

Способ приготовления тампонажного раствора, включающий затворение-тампонажного портландцемента суспензией, содержащей бентонитовый глинопорошок, 5 воду, жидкое стекло и хлорид натрия, о т - личающийся тем, что, с целью повышения водосвязывающей способности твердеющего камня при одновременном снижении его проницаемости, предвари- 0 тельно смешивают бентонитовый глинопо- рошок с жидким стеклом до получения пасты и выдерживают не менее 4 ч, затем готовят суспензию смешением пасты с раствором хлорида натрия при следующем со- 5 отношении компонентов, мас.ч.: Тампонажный портландцемент 100 Бентонитовый глинопорошок5-120 Жидкое стекло (в пересчете на сухое) 0,4-0,8 Хлорид натрия 9,4-16,3 Вода 51,8-63,2

Таблица 1

Сущность изобретения: раствор содержит компоненты при их соотношении, мае ч : тампонажный портландцемент 100; бентонитовый глинопорошок 5-12; жидкое стекло (в пересчете на сухое) 0,4 -0,8: хлорид натрия 9,4-16,3; вода 51,8-63,2; Смешивают бентонит с жидким стеклом до получения пасты и выдерживают не менее 4 ч. Затем суспензию смешивают с раствором хлорида натрия, на полученной суспензии затворя- ют портландцемент. Камень имеет пониженную проницаемость и способен связывать фильтрующуюся воду. 2 табл.

Примечание.К - отношение объема водной фазы, поступившей из проницаемой породы, к объему тампонажного раствора, контактирующего с породой.

Таблиц 2