Тампонажный раствор Советский патент 1980 года по МПК E21B33/138 

1

Изобретение относится к горной, нефте-гаоодобыва ощей промышленности, в частности к гюлучешпо тампонажного раствора для цементирования нефтяных и газовых сквйл ин при низких положительных, и отрицательных температурах, в том числе в зоне вечной мерзлоты, в интервале от +15 до ,

Известны составы на основе минеральных вя5куш.их, наполнителей и пенообразователей с -величиной порадка 0,450,60 ккал-МЧ град. Примером такого рода состава является пенобетон, состоящий из смеси цемента, наполнителя (песка), воды, пенообразователя и стабилизатора пены, В качестве пенообразователя в нем могут применяться гидролизованная кровь, клееканифоль, смолосапонин, алюмосульфокафтены, а в качестве стабилизатора пены - жщвотнЫй клей, жидкое стекло, сернокислое железо. Количественные соотношения компонентов в зависимости от марки пенобетона могут быть самыми различными 1 .

Недостатки этого состава состоят в том, что ок обеспечивает получение ттенобетонных изделий лишь при температуре 75 и 175.С (при пропаривании и запарке в автоклавах) с последующей их сушкой и защитой поверхности гид5:)офобизирующими покрытиями. Однако он абсолютно непригоден для цементирования сквалшн, тем более при низких положительных и отрицательных температурах, так как в этих условиях он ттрактически не твердеет, Коэффициент его теплопроводности( ,5 ккал/м. ЧГрад) слишком высок и, главное, со временем повышается до

1,2 (как у обычного цемента), МЧ град

так как водопогпсхцение по объему составляет около 50%, Кроме того, полу чаемая пена не является устойч1шой в продессе перекачки по трубам и при повышении давления. Камень обладает высокой проницаемостью и высокой сорбционной .ностью, что определяет его крайне .низкую морозостойкость при мио- ххжратнсм 3 iMepv3aHHH - оттаивании; камень имеет большую усадку, что ведет к рйСтрёскиЁаншб. Наиболее близким техническим решением. 5тляется тампоналсный раствор для цементирования скважин при низких поло жительных и отрицательных температурах содержащий минеральное вяжугцее и мерзаклпую жидкость затворешя, например цемент 15О-250 вес.ч. и калййно-щелочную жидк(зсть затворения, состоя щую -дз К2СОз( вес.ч.), КОН (2-20 вес.ч.) и воды (75-125 вес.ч.). В состав указанного раствора могут вхо дить и обычные наполнители, напрш юр песок. 2 . Недостатками такого тампонажного раствора является то, что он рйсчитаа н достижение высокой теплоизолирующей способности цементного кольца в затруё ном пространстве скважины, за счет низ кого коэффициента теплопроводности (для них величина А составляет около 1 в связи с чем он не макет предотвр тить растеплешш мерзлоты при бурен и тем более при э ксплуатации скважин. Цель изобретения - снижение коэффицие та теплойроводности тампонажного раствора при одновременном предотвр.аше нии растепления скважин за счет создани высокократной термобаростабильной пены Поставленная цель достигается тем, что тампонажный раствор дополнительно содерл ит эмульгатор, пенообразователь, кремнийорганическую полимерную жидкость и воздух При следующем соотношении ингредиентов, весД: Минеральное вяжущее33-55 .Наполнитель12-16 Пенообразователь0,05 -1,5 ЭмульгаторО,ОО5 -0,5 Кремнийорганическое noJDiMepHoe соединение О,5 -4,0 .ВоздухОД -Ю,5 К ал ийно-щелочная жидкость затворенияОстальное В качестве щнepaльнoгo вяжущего примен5яот различного рода цементы силикатного или алюминатного твердения, известь, магнезиальные цементы; в качественаполнителей - пёсЬк, т репёл, глины, окислы типа , и т.д, в качестве незамерзающей калийно-шелочной жидкости заоворения 2-20 вес.ч. КОН + 2-20 вес.ч. в соотношени 1:1 на 75-125 вес.ч. И, О , В качестве чпенообразователя - оС -олсэфписульфопат, фрокс, - 200, эмультал или. синтанол, в качестве эмульгатора - бутокси осил, аэросил; в качестве кремнийорганической полимерной жидкости - алкилполисилоксан, диоксидисилоксан, алкил-и арилгидридсилсесквиоксаны, этиловый эфир ортокремниевой кислоты. В Этом растворе незамерзающая калийнсщелочная: жидкость затворения обеспечивает нормальное твердение вяжущего при температурах (+15)-(-10)°С (с понижением температуры количество КОН и К СО згвеличивается, оптимальная их концентрация подбирается обычным способом в лабораторных условиях для конкрет ных УСЛОВИЙ цементирования - температуры пород, сроков схватывания и т.д. - в указанных выще интервалах); жидкийэмульгатор (пенообразователь) обеспечивает получение высокодисперсной пены, твердый эмульгатор обеспечивает ее термобароустойчивость. Кремнийорганическая полимерная жидкость обеспечивает снижение до минимума водо-газопроницаемость камня за счет своей полимеризации в его Порах, кроме того, она дополнительно гадрофобюирует камень при указанных температурах. В щелочной среде эмульгатор способствует дополнительной поризации камня за счет выделения водорода. Все вместе взятые, дополнительно введенные ингредиенты обеспечивают снижение коэффициента теплопроводности камня тампонажного пепоцемента до величины по- , ряцка 0,2-О,3 ккап/м.ч.град. При приготовлении тампонажного раст- вора (рецептура N 1), оптимальная для (-5 с) в лабораторных условиях 49 вес.% сухой смеси из серийного тампонажного цемента для холодных скважин Чернореченского цементного завода с наполнителями (в смесь входит 7О вес.9о цемента - 34,4% от всего раствора , 27 вес.% кварцевого песка, 3 вес.%бетонита и 0,05 вес.% окислов типа высоксдиспе эсного глинозема 14,6 веСс% от всего раствора) затворяется 50 вес.% калийно-Щ ел очной лсидкооти затворения (5 вес.ч. 5 вес.ч. КОН на 100 вёс.ч. ). В состав Taiv тюнажкого раствфа также вводится 0,1 вес.% с -олефинсульфоната, 0,1 вес.% эмульгатора (бутоксиаэросил) и 0,7 вес.% стандартной кремнийорганической полимерной жидкости (ГКЖ-94). После этого в полученный тампонажный раствор вво5чнтся попдух в количество 0,1 вес,%, г.е. раствор вспешшается. Плотность раствора составляет около 1,,20г/рм ростекаемость, например при (-5)С и В/Ц порядка 0,6, составляет около 20с по конусу ЛзКИИ:, начало схватыванияокопо 6 ч., конец схватывания - около 10 ч; время загустевания - около 8 ч с момента затворения; прочность стандартного образца на сжатие через 2 сут составляет около 20 кгс/см, на изгиб около 7 кгс/см ; газопроницаемость около 5 мд; водопроницаемость - около 3 мд; коэффициент теплопроводности ОС6 O,2 - О,3 ккал/м. ч-град, причем даже при содержании в порох (общая пористостьЕ. 70%) 1О-15% жидкости латворош, величина 0,3-0,4 ккал/м-ч-град, т.е. достаточно низка, что является весьма благоприятным. Аналотачным способом получают тампонажные растворы рецептур 2-5 (см. таблицу) (2-по шиснему пределу, 3- по верхнему пределу, 4- ниже нижнего предела, 5 - выше верхнего предела), для к(угорых таюке проводят полный цикл испытаний.

Сумма:100,0 Пеноцеыентный тампонажный раствор в заданных интервалах содержания компонентов обеспечивает нормальные реологические свойстаа цементного раствора, нормальный продесс его затворения и твердения и нормальные физико механи- ческие свойства цементного камня соотв. ТУ на 21-1-6-67 йа облегченные тампонажные цементы для обычных и повьштенных температур при значениях коэфф)ИциeHfa теплопроводности Л 0,2 0,3 ккал/м-ч-град, что позволяет сделать вывод об эффективности его промышленного применения для цементирования скважин в наиболее тяжелых условиях, т.е. в вечной мерзлоте.. Данный ампопансный, раствор является технико-экономически эффект ным - э с юктивность от его применения составляет не менее 18 тыс.руб. на 1 скван:ину пробурённую в зоне вечной мерзлоты. Формула изобретения Тампонажный раствор для цемеитирования нефтяных и газовыхсквал ип в ус00,0100,0 100,0 100,0 ловиях низких положительных и. .отрицательных температур, содержащий минеральное вяжущее, наполнитель и калийно-щепочную жидкость затворения, отличающийся тем, что, с целью снижения коэффициента теплопроводности раствора при одновременном предотвращении растепления скважин за счет создания высоко-кратной термобаростабильной пены. раствор дополнительно содержит пенообразователь, а именно «х:-олефинсульфонат или эмультал или синтанол; эмульгатор, а именно аэросил или бутоксиаэросил; Kpei нийорГаническое полимерное соединение, а именно алкилполисилоксан или диойсид:исилоксан или алкилгидридсилсесквиоксан или арилгидридсилсесквиоксан, или этиловый эфир ортокремниевой кислоты и возДУх, при следующем соотношении ингредиентов, вес,%: Аинеральное вялсущее33-55 Ь1аполнитель12-16 Пенообразователь0,05-1,5 Эмульгатор0,005-0 5

7 72G3O68

Крёмнийоргашгеское по-.1. Горчаков Г. И. и др. Пяжушне велнмерное соединение 0,5-4,0щества, бетоны и изделия из них. ВысВоздух О,1-0,5шая школа , М., 197G, с, 153Калийно- иелочная жид-156,

кость затворения Сстальноеs

Источники информации,2. Авторское сввдетельство СССР

принятые во внимание при экспертизепо Заявке N9 2167741, 13.10.76 .