Тампонажный раствор Советский патент 1992 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к креплению нефтяных и газовых скважин, а именно к получению тампонажного раствора на основе магнезиального вяжущего для цементирования скважин.

Известен тампонажный раствор, включающий композицию на основе раствора фосфатных и других неорганических соединений с последующим затворением ею магнезиального вяжущего, при следующем соотношении компонентов, мас.% Каустический магнезит 33,3-66,0 Хлористый магний10-20

Простой суперфосфат 1,7-9,9 Вода и хлористый

магнийОстальное

Однако из-за низкой водостойкости, быстрых сроков схватывания, которые в этой системе трудно регулировать, такие растворы не получили широкого применения.

Известен цементный раствор, включающий каустический магнезит, алюмосиликат- ный компонент в виде тонкодисперсных

горелых пород терриконов угольных шахт состава, %: СаО 1,20; 510261,80; Рв20з8,40; А120з21.43: Мд02;80зО,45; п.п.п.0,98; feO 2,91; Na20 0,45 и корректирующую добавку на основе органических соединений (лигно- сульфонат кальция и меламинформальде- гидную смолу в соотношении 1:1 (по массе)), затворенный на растворе технического би- шофита. Недостатком данного раствора являются низкие прочностные показатели на основе затвердевшего раствора при повышенных температурах и низкая водостойкость цементного камня.

Наиболее близким по своей технической сущности, т.е. прототипом, является тампонажный раствор, включающий каустический магнезит, горелую породу терриконов угольных шахт и неорганическую добавку - жидкое стекло Na20-n SIO (модуль 2,45 ТУ-6-18-68-69), затворенный насыщенным раствором хлористого магния. Недостатком данного состава является низкая

w

Ё

XI

со

Ј Ј

прочность полученного камня при твердении в пресных водах.

Указанные явления объясняются тем, что основными минералами, слагающий образованный на этой основе камень будут оксихлориды магния различного состава, которые являются легко растворимыми соединениями в слабоминерализованных и пресных средах.

В случае использования в качестве жидкости затворения пресной воды образованный камень будет малопрочным. Это объясняется тем, что растворимость окиси магния в воде весьма мала, чем и объясняется относительно невысокая прочность магнезиальных цементов, затворенных водой в ранних сроках твердения. Хлористый магний значительно повышает растворимость оксида магния, однако продукты твердения будут представлены в этом случае оксихлоридами магния, которые как было отмечено выше, легко растворяются в пресных и слабоминерализованных средах, в результате чего затвердевший камень разрушается.

Целью изобретения является увеличение прочности цементного камня на ранних стадиях твердения в пресной воде.

Это достигается тем, что в тампонаж- ном растворе, включающем каустический магнезит, аморфизированный кремнезем- содержащий компонент, воду и добавку, в качестве аморфизированного кремнеземсо- держащего компонента используется гли- еж, а в качестве добавки используется хлорид аммония при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Каустический магнезит 22,08-38,21 Глиеж25,48-44,15

Хлорид аммония1,96-3,22

ВодаОстальное

При получении предлагаемого тампо- нажного раствора используется глина естественно жженая (глиеж) угольного разреза месторождения Кумертау. Химический состав глиежа предоставлен следующими ингредиентами в пределах, %: СаО 2,04-3,5; 5Ю2 61,2-58,3; Ре20з 2,75-6,5; А1гОз21,25- 24,03; МдО 0,4-2,5; п п.п 9,14-4,17; КаО 2.32-0.6; Na20 0,45-0,4.

В этом случае твердение магнезиально- кремнеземистого тампонажного раствора основано на процессах химического взаимодействия в системе MgO-Si02 H20

Прочность полученного камня при прочих равных условиях определяется количеством образовавшихся кристаллогидратов и количеством контактов их срастания,

Размер образовавшихся зародышей новой фазы (кристаллогидратов) определяется степенью пересыщения

а- М

R -Т In a

где г- размер кристаллогидратов;

а- энергия образования зародышей;

М - молекулярный вес новой фазы; а- степень пересыщения. Поскольку растворимость оксида магния в пресной воде весьма мала, то этим и объясняется относительно невысокая прочность цементов, затворенных водой.

Ввод в состав тампонажного раствора хлорида аммония изменяет растворимость гидроксида магния. Раствор становится более пересыщенным по отношению к

Мд(ОН)2, в результате чего создаются благоприятные предпосылки для образования большого количества зародышей новой фазы, которые, накапливаясь растут, образуя контакты срастания и способствуют повышению прочности затвердевшего камня. Наличие в составе глиеж кремнеземистого и алюминатного компонентов (SI02 и АЬОз) и повышенная реакционная способность Мд(ОН)2 обуславливает образование гидросиликатов и гидрогранатов магния.

При затворении магнезиально-кремне- земистой композиции пресной водой часть образовавшегося гидроксида магния растворяется в воде, часть находится в виде геля,

который с течением времени кристаллизуется в виде базальных пластинок в гексагональной системе- брусит. Дальнейшее выкристалли- зовывание кристаллогидратов (аммомина- тов магния) происходит на поверхности

брусита, т.е. в этом случае брусит является лишь подложкой, в результате чего сформировавшийся камень обладает пониженнымифизико-механическимихарактеристиками.

Ввод в жидкость затворения добавки с последующим затворением ею вяжущего способствует взаимодействию с нею кислой глиежа и основного гидроксида магния с выходом обоих в раствор.

Образовавшиеся алюминаты и гидросиликаты магния распределяются по всему объему твердевшего камня, что способствует в дальнейшем набору большей прочности на ранних стадиях твердения.

Данные рентгеноструктурного анализа подтверждают образование гидросиликатов магния ((Un 8,25; 5,05; 3,12; 2,52; 2.48:, 1,789) и гидрогранатов магния (Х./п 4,74; 3,58:7,13).

В патентной и научно-исследовательской литературе отсутствуют составы там- понажных магнезиальных растворов, в которых в качестве добавки использовался хлорид аммония, а в качестве жидкости за- творения-пресная вода. Хлористый аммоний не использовался в нефтяной промышленности, а именно в области крепления нефтяных и газовых скважин.

Содержание в тампонажном растворе магнезиального компонента ниже 16% не обеспечивает необходимой прочности там- понажного камня. Содержание в тампонаж- ном растворе магнезиального компонента выше 25% способствует набору прочности в ранних сроках твердения, однако в дальнейшем в результате кристаллизации несвязанного избытка оксида магния, в кремнеземистым компонентом наблюдается разрушение цементного камня. Этот процесс ускоряется, если средой, в котором твердел образец, служит раствор насыщенного хлористого магния MgCte.

В таблице приведены данные по испытанию предлагаемого решения и прототипа, анализ которых говорит с более лучших физико-механических свойствах камня на основе предлагаемого решения.

Реализация тампонажного раствора при цементировании скважин может осуществляться следующим образом.

В жидкость затворения, которая находится в емкостях цементировочных агрегатов, вводится добавка с последующим за- творением ею тампонажного материала.

В лабораторных условияхтампонажный раствор реализовывался следующим образом.

П р и м е р 1.22,08 мас.% каустического магнезита смешивают с 44,15 мас.% глие- жа.

0,66 мас.% хлорида аммония растворяют в 33,11 мас.% воды. Полученной жидкостью затворения затворяют смесь каустического магнезита и глиежа. 2-ух суточная прочность при изгибе при 100, 125, 150°С составляет соответственно 36; 42; 50

кг/см2.

Формула изобретения

Тампонажный раствор, включающий ка- устический магнезит, аморфизированный кремнеземсодержащий компонент, воду и добавку, отличающийся тем, что, с целью увеличения прочности цементного камня на ранних стадиях твердения в пре- сной воде, он в качестве аморфизированно- го кремнеземсодержащего компонента содержит глиеж, а в качестве добавки содержит хлорид аммония при следующем соотношении компонентов, мае.: Каустический магнезит 22,08-38,21 Глиеж25,48-44,15

Хлорид аммония1,96-3,22

ВодаОстальное

Сущность изобретения: раствор содержит компоненты, мас.%: каустический магнезит 22,08-38,21; глиеж 25,48-44,15; хлорид аммония 1.96-3,22, вода - остальное. Сухую смесь затворяют на растворе хлорида аммония. При твердении в пресной воде прочность камня на изгиб при 100°С до 73 кг/см2. 1 табл.