Тампонажный раствор для цементирования нефтяных и газовых скважин Советский патент 1992 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к тампонажным растворам для цементирования нефтяных и газовых скважин с аномально низким пластовым давлением (АНДП) и при наличии в добываемой продукции агрессивных кислых компонентов (сероводорода, углекислоты и др.) в условиях умеренных температур.

Известны тампонажные растворы пониженной плотности на основе портландцемента и облегчающих добавок, например глинопорошка.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является облегченный тампонажный раствор, содержащий портландцемент, золу и воду.

Недостатком известного тампонажного раствора является недостаточная коррозионная стойкость формируемого цементного камня, что не обеспечивает надежность и долговечность крепи скважин в условиях агрессивных сред и умеренных температур.

Цель изобретения - повышение коррозионной стойкости формируемого цементного камня при одновременном сохранении его прочности.

Поставленная цель достигается тем, что тампонажный раствор, включающий тампонажный цемент, золу и воду, дополнительно содержит сырые легкие пиридиновые основания (Л ПО) и глинопорошок при следующем соотношении компонентов, мас.%: Тампонажный цемент 27,78-29,17 Зола26,39-27,78

Глинопорошок0,67-0,89

Сырые легкие пиридиновые основания 0,13-0,22 ВодаОстальное

Новым втампонажном растворе является то, что он дополнительно содержит сырые легкие пиридиновые основания и глинопорошок, а также количественное соотношение компонентов,

XJ

|0 (Л iCJ О

о

Применяемые в тампонажном растворе сырые легкие пиридиновые основания (ЛПО) по ТУ 14-7-50-82 представляют собой жидкость от светло-желтого до темно- коричневого цвета с резким специфическим запахом, смесь пиридина и его гомологов, смешивается с водой в любых соотношениях.

Глинопорошок по ТУ 39-043-74 применяется для приготовления глинистых буровых растворов.

Установлено, что введение в тампонаж- ный раствор ЛПО и глинопорошка в заявленных пределах при твердении раствора способствует образованию цементного камня с повышенной коррозионной стойкостью при сохранении высокой прочности. Коррозионная стойкость камня достигает 0,60-0,65 и объясняется тем, что аминогруппы, входящие в состав ЛПО, адсорбируясь и взаимодействуя с новообразованиями в процессе твердения, имеющими пониженную основность, обусловленную присутствием в составе раствора гидратированного глинопорошка, позволяют получить более стойкий к агрессивной сероводородной среде цементный камень.

Тампонажный раствор готовят следующим образом.

Предварительно в воду вводят расчетное количество глинопорошка, ЛПО и перемешивают до получения глинистого раствора, затем добавляют расчетное количество золы, перемешивают 2,0-2,5 ч до получения однородной устойчивой зологли- нистой суспензии.

Технология цементирования обсадных колонн тампонажным раствором не отличается от общепринятой и не требует применения специального оборудования.

При проведении лабораторных исследований были использованы тампонажные портландцементы марки ПЦТ Д 20-100, выпускаемые Новотроицким и Кувасайским цементными заводами; зола Новотроицкой ТЭЦ, имеющая следующие физико-химические свойства:

химический состав, мас.%: Si02 40,60- 43,14; ,80-0,84; РеаОз 3,93-4,63; МдО 2,6-4,60; МпО 0,05-0,32; СаО 4,00-5,00; NaaO 0,25-0,77; К20 0,10-0,20; ТЮа 0,80- 0,84; P20s 0,09-0,10; п.п.п. 19,00-20,00; средняя плотность ,01-2,06 г/см3; удельная поверхность 3500-3800 см2/г; остаток на сите №008-15%.

Для исследования были приготовлены тампонажные растворы с различным содержанием компонентов, определены их граничные и средние значения.

Пример, Для приготовления 1 л предлагаемого тампонажного раствора при соотношении компонентов, мас.%:

Тампонажный цемент27,78

Зола27,78

Глинопорошок0,89

ЛПО0,22

Вода43,33

необходимое количество компонентов оп- ределяли по формуле

m V. у .а,

где m - масса компонента в 1 л тампонаж- ного раствора, г;

V - объем тампонажного раствора, л; у - плотность тампонажного раствора, г/см3;

а - массовое содержание компонента, %.

1000-1,51-27,78

mi

100

419,48 г цемен25

1000.1.51-27,78

1712loo

419,48 г золы;

,51-0,89 100

13,44 г глинопо ,51-0,22 30 Ш4ТОО

3,32 г ЛПО;

тв 1000.1.51.43.33 654,28 г воды.

Жидкость затворения готовили в следующей последовательности: в 654,28 г воды

вводили 13,44 г глинопорошка и перемешивали в лабораторной мешалке до получения глинистого раствора; в полученный глинистый раствор добавили 419,48 г золы и тщательно перемешивали до получения

однородной суспензии.

Тампонажный цемент затворяется на приготовленной водной суспензии глинопорошка, золы и ЛПО.

Последовательность приготовления

предлагаемых составов, указанных в таблице, аналогична описанной и отличается лишь количеством компонентов.

Физические и механические свойства тампонажного раствора и цементного камня определяли согласно ГОСТ 1581-84 и ГОСТ 26798.0-85-ГОСТ 26798.2-85.

Коррозионную стойкость цементного камня определяли как отношение прочности на сжатие балочек-близнецов, хранившихся 2 и 108 сут в нормальных условиях во влажной среде при 22 ± 3°С и 0,1 -МПа и в агрессивной среде (в газопроводе) при 22 ± 3°С, 3,5 МПа, содержащей в газе сероводорода в количестве 4,5 об.% и углекислоты в количестве 1 об.%. Стабильность

тампонажного раствора определяли как разницу плотностей тампонажного раствора, замеренного после приготовления и через 2 ч нахождения в покое.

Отстой тампонажного раствора определяли через 2 ч нахождения в покое (ГОСТ 26798.1-85, пункт 3). Результаты исследований, описанных в примере, представлены в таблице. Результаты аналогичных испытаний известного, предлагаемого и контрольного растворов также представлены в таблице.

Из таблицы видно, что известный там- понажный раствор (опыты 1-4( при твердении формирует камень, имеющий коррозионную стойкость, равную 0,35-0,36, у предлагаемого тампонажного раствора камень имеет коррозионную стойкость 0,60-0,65. При этом прочность камня остается примерно равной прочности камня по прототипу, а стабильность и водоотстой тампонажного раствора - нулевыми.

При содержании ЛПО менее 0,13 мас.% и средних значениях содержания других компонентов (опыт 22) коррозионная стойкость низка (на уровне коррозионной стойкости известного решения), более 0,22 мас.% (опыт 23) не наблюдается дальнейшего улучшения коррозионной стойкости.

При содержании тампонажного цемента более 29,17 мас.% (опыт 16) происходит снижение растекаемости раствора до 17 см по конусу АзНИИ, что делает его непригодным для цементирования обсадных колонн.

При содержании тампонажного цемента менее 27,78 мас.% (опыт 17) ухудшается прочность камня на изгиб до 1,9 МПа, что ниже значения прочности камня известного раствора.

Оптимальное содержание золы определено в пределах 26,39-27,78 мас.%, при ее содержании в предлагаемом растворе более 27,78 мас.% ухудшается прочность камня (опыт 18).

Оптимальное содержание глинопорош- ка находится в пределах 0,67-0,89 мас.% при содержании его более 0,89 мас.% (опыт 19) тампонажный раствор становится не пригодным для прокачивания ввиду малой растекаемости, а при его содержании менее 0,67 мас,% (опыт 20) стабильность и водоот- стой ухудшаются, что не обеспечивает получение однородного и стабильного раствора и может быть причиной некачественного цементирования.

Тампонажный раствор (опыт 21), не со- держащий ЛПО, имеет недостаточную коррозионную стойкость формируемого цементного камня. Тампонажный раствор (опыт 24), не содержащий глинопорошка, имеет также недостаточную коррозионную стойкость камня и низкую стабильность (0,05 г/см3), отстой 1%.

Таким образом, тампонажный раствор позволяет получить облегченный цементный камень с повышенной коррозионной стойкостью и достаточной механической прочностью.

Формула изобретения Тампонажный раствор для цементирования нефтяных и газовых скважин, содер- жащий тампонажный цемент, золу и воду, отличающийся тем, что, с целью повышения коррозионной стойкости цементного камня при одновременном сохранении его прочности, он дополнительно содержит сырые легкие пиридиновые основания и глинопорошок при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Тампонажный цемент 27,78-29,17 Зола26,39-27,78

Глинопорошок0,67-0,89

Сырые легкие пиридиновые основания 0,13-0,22 ВодаОстальное

Известный раствор

Тампонажный раствор для цементирования нефтяных и газовых скважин содержит, мас.%: тампонажный цемент 27,78-29,17; зола 26,39-27,78; глинопоро- шок 0,67-0,89; сырые легкие пиридиновые основания 0,13-0,22; вода остальное. 1 табл.

Примечание. Лабораторные исследования проводились при 75°С и давлении 0,1 МПа.

В опытах 5,,11,12,15,16,17,18,20,22,24 был использован ПЦТ Д20-100 Новотроицкого завода; в остальных опытах - ПЦТ-Д20-100 Кувасайского завода.