Тампонажный раствор Советский патент 1993 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к глубокому бурению, в частности к тампонажным растворам, предназначенным для цементирования обсадных колонн нефтегазовых, геотермальных и специальных скважин в условиях нефтегазоводопроявлений и высоких температур.

Известны тампонажные цементные растворы для крепления скважин, приготовленные путем введения втампонажный раствор гидролизованного полиакрилонитрила (ГИПАН). Указанные тампонажные растворы обладают несколько повышенной по сравнению с бездобавочными тампонирующей способностью, обусловленной повышением вязкости жидкости затворения и уменьшением количества несвязанной воды.

Недостатком этих тампонажных растворов является интенсивное падение порово- го давления и повышение проницаемости в начальный период структурообразования, а коэффициент тампонирующей способности не превышает 1,40.

Известны также тиксотропные цементные растворы, содержащие цемент, воду,

титановое комплексообразующее соединение и водорастворимую смолу с поперечными связями (2). Указанные тампонажные составы обладают повышенными изоляционными характеристиками (тампонирующей способностью) по сравнению с известным тамйонажным раствором (1). Однако эти тампонажные составы также подвержены снижению порового давления в процессе твердения, а требуемое значение статического напряжения сдвига (240 Па), при котором не начинается миграция пластового флюида втампонажный раствор, достигается по истечении значительного времени после окончания продавки цементного раствора в заколонное пространство, а вероятность нарушения скелета тампо- нажного раствора высоконапорным пластовым флюидом, как известно, более высока в начальный период твердения тампонажной суспензии.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению потехнической сущности и достигаемому результату является

со

с

vj 00 Ю О О

ел

тампонажный раствор (3), включающий, мае.ч:

Тампонажный цемент64,6 Вода 32,3 Жидкое стекло 1,55 Хлористый натрий 1,29 Алюминиевый порошок 0,13 Дан1ный тампонажный состав способен к расширению за счет выделения водорода. Недостатком его .является то, что процесс газовыделения сопровождается резкой потерей подвижности, что не дает возможности его использовать для крепления скважин в условиях повышенных и высоких температур.

Цель изобретения - сохранение первоначального порового давления в период структурообразозания тампонажного раствора во время ОЗЦ вусловиях повышенных и высоких температур, а также повышение его тампонирующей способности.

Поставленная цель достигается тем, что тампонажный раствор содержит СРАШ, образующийся при выплавке высоколегированного алюминия, а в качестве добавки-гелеобразующие полимер акриловый или эфир целлюлозы при следующем соотношении компонентов, мае.ч,:

Тампонажный цемент100 Саморассыпающийся алюминиевый шлак (СРАШ) 1-6 Полимер акриловый или эфир целлюлозы 0,5-3 Вода 45-65 В качестве тампонажного материала используются тампонажный портландцемент, шлаковый цемент, а также различные там- понажные смеси на основе этих цементов. В качестве алюминийсодержащего компонента используется саморассыпающийся алюминиевый шлак (СРАШ), образующийся при выплавке высоколегированного алюминия марки АК21МЗН при 680 900°С, В процессе охлаждения расплава на воздухе образуется шлак темно-серого цвета достаточно высокой дисперсности. При нарушении технологии плавления алюминия в шлаке образуется комовый металлический алюминий, который легко поддается дроблению и измельчению до необходимых размеров.

Средний химический состав СРАШ следующий, мае.ч.:

50,03 26,5 СаО3,73 К20 7,15 SI02 16,05 МдО 9,21 Мп 0,109 Na20 5,94 ППП 9,24 Р20з 0,135 Плотность СРАШ колеблется в пределах 2380-2500 кг/м3.

Полимерная часть предлагаемого технического решения представлена акриловыми полимерами либо полимерами на основе эфиров целлюлозы. Совместное ис5 пользование указанных компонентов в пределах, указанных в формуле изобретения, способствует достижению целей изобретения. При этом предполагается следующий механизм воздействия предложенных добавок.

Длительное поддержание порового давления и повышение тампонирующей способности цементной суспензии в заколонном пространстве в период ОЗЦ до5 стигается за счет газообразного компонента, образующегося при взаимодействии гидроксида кальция в алюминиевой частью СРАШ, суммарная реакция которого может быть представлена в следующем виде:

02А + ЗСа(ОН)2 + 6Н20 -

(ОН) + ЗН2 t Образующиеся в перовом пространстве тампонажного раствора гидроксоалюмина- ты ((ОН)) являются труднораствори5 мыми гелями, устойчивыми в щелочной среде. За счет кольматации порового пространства вязкоупругим гелем гидроксоа- люмината кальция снижаются фильтрационные характеристики тампо0 нажной суспензии, тем самым достигается повышение коэффициента тампонирующей способности.

Кроме того, значительное повышение тампонирующей способности происходит

5 за счет объемного расширения структуры тампонажного теста в результате гидратации оксида магния, содержащегося в СРАШ. Особенно заметно этот эффект проявляется при высоких температурах. Роль полимер0 ной добавки заключается в придании вязко- упругих тиксотропных свойств тампонажной суспензии с целью самозале- чивания каналов, образующихся при выделении газообразного агента. Помимо этого

5 полимерные добавки регулируют скорость загустевания и схватывания тампонажных суспензий, т.е. регулируют время начала реакции СРАШ с компонентами гидратации цемента.

0 Приведенные выше сведения свидетельствуют о том, что предложенное техническое решение удовлетворяет критериям новизна и существенное отличие. Кроме того, разработанный тампонажный раствор создает положительный эффект по отношению к известным техническим решениям, что подтверждается результатами сравнительных испытаний, которые представлены в табл. 1 и 2,

5

Приготовление тампонажного раствора осуществляется следующим образом.

Пример.

Требуется приготовить тампонажный раствор из ШПЦС-200 для цементирования скважины с температурой 180°С и Ка-1,6. Время загустевания тампонажного раствора не менее 3 ч. Для этого смешивают 100 мас.ч. ШПЦС-200 с 5 мас.ч. СРАШ до получения однородной смеси. Полученную смесь затворяют на жидкости, в которой предварительно растворен 5 мас.ч. КМОЭЦ при В/В 0,45.

Аналогичным образом готовятся тампо- нажные составы с другими цементными материалами и добавками для различных условий цементирования.

Пределы содержания СРАШ и полимерной добавки выбраны из следующих соображений. При содержании указанных компонентов менее 1 и 0,5 мас.ч соответственно наблюдается снижение первоначального порового давления, а тампонирующая способность невелика. При увеличении содержания компонентов более 6 и 3 мас.ч ухудшаются технологические свойства тампонажного раствора (растекаемость, реологические свойства и др.), а коэффициент тампонирующей способности практически не изменяется.

0

5

0

Состав разработанного тампонажного раствора подобран таким образом, что позволяет сохранить и поддержать первоначальное поровое давление в процессе ОЗЦ до завершения формирования прочной структуры цементной суспензии. Кроме того, газовыделение, которое начинается после продавки цементного раствора в затрубное пространство, препятствует возникновению суффозионных каналов, образующихся под действием фильтрационных потоков вследствие снижения порового давления. Имеющиеся в составе тампонажного раствора полимерные добавки в результате взаимодействия с вяжущим образуют вязко- упругую тиксотропную гель, придающую ему способность самозалечивать суффози- онные каналы, если они по каким-либо причинам образуются.

Все вышеуказанное способствует повышению изоляционных характеристик тампонажного раствора (седиментационной и суффозионной устойчивости, коэффициента тампонирующей способности).

Применение разработанного тампонажного раствора позволит повысить каче- ство крепления скважин, увеличить межремонтный период работы сква- жин.

Сущность изобретения: раствор содержит компоненты, мае.с,: тампонажный цемент 100; саморассыпающийся алюминиевый шлак-отход производства высоколегированного алюминия 1-6; акриловый полимер или эфир целлюлозы 0,5-3,0; вода 45-65. Отход содержит свободный алюминий, при взаимодействии которого с гидроксидом кальция выделяется водород. Сухую смесь цемента и отхода затворяют на водном растворе добавки. Раствор обладает повышенной седиментационной и суффо- зионной устойчивостью. 2 табл.

Формула изобретения Тампонажный раствор, включающий тампонажный цемент, алюминийсодержа- щий компонент, добавку и воду, отличающийся тем, что, с целью сохранения первоначального порового давления в период структурообразования тампонажного раствора во время ОЗЦ при одновременном повышении его тампонирующей способности, он содержит в качестве алюминийсодержащего компонента саморассыпающийся алюминиевый шлак - отход производства высоколегированного алюминия, а в качестве добавки содержит акриловый полимер или эфир целлюлозы при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: Тампонажный цемент100 Саморассыпающийся алюминиевый шлак- отход производства высоколегированного алюминия 1-6 Акриловый полимер или эфир целлюлозы 0,5-3,0 Вода 45-65

Состав исследованных тамлонажных растворов

Свойства исследованных тампонзжных растворов и цементного камня на их основе

Таблица 1

Таблица 2