Тампонажный раствор Советский патент 1993 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к технологии крепления нефтяных и газовых скважин в сложных геолого-технических условиях, требующих повышенной надежности разобщения пластов, например, при малой толщине непроницаемой перемычки между водоносными и продуктивными горизонтами, при наличии зон с аномальной величиной пластовых давлений и т.д.

Цель изобретения - повышение изолирующей способности расширяющегося тампо- н.ажного раствора путем снижения величины фильтрационного водоотделения и повышения адгезии формирующегося цементного камня к стенкам обсадной колонны при сохранении его упруго-деформативных свойств. Поставленная цель достигается тем, что раствор, включающий портландцемент, расширяющую добавку и воду, дополнительно содержит полиметиленмочевину (ПММ) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцемент60-70 Расширяющая добавка 2-8 Полиметиленмочевина 1-3

ВодаОстальное.

Полиметиленмочевина представляет собой белый мелкодисперсный пооошак с высокой удельной поверхностью (10 -1,6 105см2/г). В воде незначительно набухает Выпускается по ТУ 6-05-217-1448-87. В процессе формирования структуры частицы ПММ являются центрами к кристаллизации гидроксида кальция (портландита) и эттрин- гита,.являющихся основными расширяющими структурными элементами. В результате введения совместно с расширяющей добавкой ПММ образуются мелкодисперсные кристаллы, обеспечивающие большую величину расширения камня и высокую адгезию его с металлом колонны.

В тампонажном растворе частицы ПММ кольматируют поры в прифильтровой зоне и снижают его водоотдачу. В затвердевшем камне упругие частицы ПММ являются демпфирующими элементами микроструктуры, повышающими его упруго-деформативные свойства.

В качестве расширяющей добавки наиболее эффективным в смеси с полиметиленмосо

С

3

Ю

ч чэ

Ч)

чевиной является использование оксида кальция, полученного обжигом карбонатных пород при температуре 1500-1700°С. Это позволяет получить линейное расширение в пределах 4-10% без ухудшения технологических и физико-механических свойств раствора и камня.

Приготовление предлагаемого тампо- нзжного раствора осуществляют предварительным смешиванием сухих компонентов (портландцемента, расширяющей добавки и ПММ) с последующим затворением водой.

Фильтрационное водоотделение там- понажного раствора определяют по стандартной методике на установке УВЦ-2 при температуре 75°С и перепаде давления на фильтре 3,7 МПа.

Адгезию цементного камня оценивают по величине удельного давления на сдвиг при выдавливании твердевших в.течение 2 суток при 75°С образцов из стальных цилиндрических форм диаметром 50 мм высотой 100 мм.Изолирующую способность тампонаж- .ного раствора и затвердевшего камня оце- .нивают по давлению гидропрорыва на специальной установке, фиксируя начало фильтрации через образцы, твердеющие в стальной обойме диаметром 50 мм и высотой 100 мм..

Линейное расширение определяют при твердении образцов в конических формах высотой 80 мм и диаметрами оснований 35 и 50 мм в воздушно-влажных условиях при. 75°С в течение 24 ч.

Испытания на прочность и деформатив- ность проводят на универсальной испытательной машине Инстрон 1342 (ФРГ).

Пример 1. В сухом виде тщательно в течение 5 MJ/IH перемешивают 500 г цемента (64%), 39 г расширяющей добавки (5%) и 15.5 г ПММ (2%). Полученную смесь высыпают в чашку для затворения и приливают 226 мл воды, перемешивают в течение 3 мин. Полученный раствор заливают в формы (1 1 5 см), а также в формы (d 50 мм, h 100 мм) и помещают в термостат где образцы выдерживают в воде при температуре 75°С. После твердения в термостате проводят испытания прочностных показателей, а также определяют величину адгезии к металлу.

Тампонажный раствор и камень имеют следующие свойства: водоотдача - 300 см3/30 мин. давление гидропрорыва - 3,8 МПа/м, давление на сдвиг - 4,0 МПа/2 сут, предел прочности при изгибе через 24 ч - 6.2 МПа, предел прочности при: сжатии - 16,3 МПа, линейное расширение - 7,7 %,

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

относительная предельная деформация - 2,0 .

Пример 2. 450 г портландцемента (60%) смешивают с 37,5 г расширяющей добавки (7%) и 22,5 г ПММ (3%). затем полученную смесь высыпают в чашку для- затворения и приливают 225 мл воды, перемешивают в течение 3 мин. Тампонажный раствор и камень имеют следующие показатели: водоотдача - 230 см3/30 мин, давление гидропрорыва камня - 4,8 МПа/м,. давление на сдвиг - 4,0 МПа/2 сут, предел прочности при изгибе 7,8 МПа, предел прочности при сжатии 19,8 МПа, линейное расширение 9,0%, относительная предельная деформация - 4,4 .

Пример 3. 400 г портландцемента (58%) смешивают с 69 г расширяющей добавки (10%) и 3,4 г ПММ (0,5%), затем полученную смесь высыпают в чашку для затворения и приливают 217 мл воды, перемешивают в течение 3 мин. Тампонажный раствор и камень имеют следующие показатели: водоотдача - 300 см /30 мин, давление гидропрорыва - 2,4 МПа/м, давление на сдвиг-2,2 МПа/2 сут, предел прочности при сжатии 12,1 МПа, линейное расширение - 4,7%, относительная предельная деформация 1,2 .

Свойства предложенного тампонажно- го раствора и известной композиции приведены в таблице. Добавка ПММ менее 1 % не снижает существенно фильтрационное водоотделение, а также не увеличивает адге- зию камня к колонне, при содержании в смеси более 3% ПММ значительно ухудшается подвижность раствора.

При содержании в растворе менее 2% расширяющей добавки происходит незначительное расширение, а при добавлении более 8% оксида кальция снижаются физико-механические показатели тампонажного камня.

Как следует из приведенных данных, снижение фильтрационного водоотделения при совместном введении ПММ с оксидом кальция происходит в 2-2,5 раза, увеличение адгезии тампонажного камня к колонне на 40-50%.

Формула изобретения Тампонажный раствор, включающий портландцемент, расширяющую добавку на основе оксида кальция и воду, отличаю- щ и и с я тем, что. с целью повышения его изолирующей способности за счет снижения фильтрационного водоотделения и повышения адгезии цементного камня к колонне, он дополнительно содержит полиметиленмочев;ину при следующем соотношении компонентов, мае. %:

Портландцемент60.-7Q

Расширяющая добавка на

основе оксида кальция2-8

Полиметиленмочевина1-3

ВодаОстальное.

Сущность изобретения: раствор содержит, мас.%: портландцемент 60-30; расширяющую добавку на основе оксида кальция 2-8; полиметиленмочевину 1-3, воду остальное. Смешивают сухие компоненты, затем затворяют водой. Применение раствора обеспечивает снижение фильтрационного водоотделения в 2-2,5 раза-и увеличение адгезии к обсадной колонне в 1,4-1,5 раза. 1 табл.

Физико-механические свойства раствора и камня при температуре 75v