Тампонажный раствор для нефтяных и газовых скважин Советский патент 1981 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к бурению, в частности к облегченньпи .тампонажным растворам для крепления нефтяных и газовых скважин в условиях пластовых давлений близких к гидростатическому. Известен облегченный тампонажный раствор на основе цемента, воды затворения и бентонита, содержащий указанные ингредиенты в следующих количествах, вес.ч.: Цемент100 Вода64-84 Бентонит5-7,5 Эта смесь fl имеет следующие физико-технические характеристики: Плотность, г/см 1,76-1,6 Йачало схватывания, от 12-30 ч-минДО 13-05 редел прочности цементного камня на изгиб через 2 сут, кгс/см 11,0-5,0 Недостатками этой смеси являются сравнительно высокая плотность, дли тедьные сроки схватывания и низкая прочность цементного камня на изгиб что отрицательно сказывается на качестве разобщения пластов в скважин приводит к увеличению времени затвердевания смеси и существенно замедляет темп проводки скважин. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является облегченный тампонажный раствор, содержащий портланд - цемент, облегчающую забавку - , торф, ускоритель схватывания - хлористый кальций и воду, содержащий ингредиенты в количествах, вес.ч.: Цемент20-22,3 Торф0,5-2,7 . Хлористый кальций 2-7,3 Вода 23-30,3 Данный тампонажный раствор Г2 имеет следующие физико-технические характеристики: Плотность, г/см 1,40-1,50 Начало схватывания, ч-мин8,00-16,00 Предел прочности цементного камня на изгиб через 2 сут, кгс/см 9,00-10,00 Недостатками этого тампонажного материала являются очень большие сроки схватывания, недостаточная прочность цементного камня и применение дополнительного химического реагента (хлористого кальция) для ускорения времени схватывания.

Цель изобретения - уменьшение сроков схватывания и увеличения прочности цементного камня.

Указанная цель достигается тем, что раствор в качестве облегчающей добавки содержит сапропель при следующем соотношении ингредиентов, вес.ч.:

Портландцемент 51,6-46,4

Сапропель 24,2-26,8

Вода Остальное

Сапропели могут использоваться в качестве связывающего вещества благодаря своим физико-механическим свойствам и химическому составу: высокой дисперсности и пластичности способности легко адсорбироваться на поверхности песчаных частиц, проно связывая их в единую массу, а также наличия в сапропелях гуминовы веществ и битумов. Г

Запасы сапропелей в БССР оцениваются до 3,0 млрд.м.

Целесообразность и неотложность .разработки сапропелей многих озер согласуется с необходимостью их очики и восстановления как источников чистой воды и рабохозяйственных угодий.

Технология получения тампонажной смеси состоит в следующем.

Портландцемент для горячих скважин просеивается через сито 0,0 Для работы используется сапропель с влажностью 95%.

Отмеренные сапропель и вода смешиваются , образуя сапропелевую пульпу. Затем, используя как жидкость затворения, ее добавляют к цементу и тщательно перемешивают лопаткой в сферической чаше в течение 3-5 ми

В результате-лобараторных исследований выяснено, что оптимальное отношение кЬличества воды и сапропеля равно единице (в/С 1) . Изменяетс

жидкая фаза / Ж ч ,, „ отношение )° °

ДО 1,2.

В составжидкой фазы входит вода сапропеля-fдобавляемая водопроводная вода, в состав твердой фазы входит це1 ент+твердая часть сапропеля (сухой вес сапропеля.

Примеры получения тампонажных смесей.

Пример 1. Тампонажную смес готовят следующего состава, в вес.%

Портландцемент

55,4 22,8(1%

Сапропель ТВ.фазы и 21,8% жидкой фазы) 22,8

Вода -|- 0,8

Полученная тампонажная смесь имеет следующие характеристики:

Растекаемость, см . 17 Плотность, г/см1,61

Водоотстой, %1,45

Время загустевания при

t 75°С, р 500 атм,

ч-мин1-20

Сроки схватывания при

t 75С, р 500 атм,

ч-мин начало 3-15 конец 4-15

Предел прочности на

изгиб через 48 + 2ч

твердения при , g

р 500 атм, кгс/см 23

Пример 2. Исходные вещества ля приготовления тампонажного растора взяты в следующих количествах, вес. %;

Портландцемент

51,6 Сапропель 24,2

(1,2% твердой фазы, 23% жидкой фазы)

Вода

24,2 Ж

Полученный тампонажный раствор меет следующие характеристики:

Растекаемость, см 19 Плотность, г/см 1,57 Водоотстой, % .. 1,73 Время эагустевания при t 75С, р 500 атм, ч-мин2-50

Сроки схватывания при t , р 500 атм, ч-мин начало 3-30 конец 4-30 Предел прочности на изгиб через 483:2 ч твердения при 75°С,2. р 500 атм, кгс/см 19

Пример 3. Состав тампонажый смеси готовят в следующих колиествах ингредиентов, в вес.%: Портландцемент48,8

Сапропель25,6

(1,3% твердой фазы, 24,3% жидкой фазы) Вода25,6

ж - 1

т

Полученная тампонажная смесь имет следующие характеристики:

Растекаемость, см 20 Плотность, г/см 1,53 Водоотстой, %2,0

Время загустевания при t 75°С, р 500 атм, ч-мин3-30

Сроки схватывания при t 75 С, р 500 атм, ч-минначало 4-00

конец 5-00 Предел прочности на изгиб через 48i2 ч твердения при t 75 С, р 500 атм, кгс/см 16 Пример 4. Тампонажную см готовят следующего состава, вес.% Портландцемент46 Сапропель26 (1,34% твер фаза, 25,46 кая фаза) Вода26 Полученная тампонажная смесь и ет следующие характеристики: Растекаемость, см 21 Плотность, г/см 1,50 Водоотстой, %2,4 Время загустевания при t , р 500 атм, ч-мин3-40 Сроки схватывания при t 75 С, р 500 атм, ч-мин начало 4-20 конец 5-35 Предел прочности на изгиб через 48-2 ч твердения при t 75 С, р 500 атм, кгс/см 12 П р и м е р 5. Состав тампона ной смеси, вес.%: Портландцемент Сапропель (1,4% твер фазы, 26,6 жидкой фаз Полученный тампонажный раствор имеет следующие характеристики: Растекаемость, 23 Плотность, г/см Водоотстой, % Время загустевания при t 75с, р 500 атм, Сроки схватывания при t 75 С, р 500 атм, ч-мин начало Предел прочности на изгиб через г 48±2 ч твердения при t р 500 атм, кгс/см 11 В табл. 1 приведен химический состав сапропелей. В табл. 2 физикомеханические характеристики цементносапрополевых растворов, в табл. 3 физико-механические свойства облегченных цементно-сапрополевых растворов и камня с использованием цемента для холодных скважин и сапрополей различных озер. Как видно из таблиц а 2, наилучшими характеристиками обладают тампонажные смеси 2, 3, 4. Тампонажный раствор 1 имеет невысокую растекаемость, низкие сроки загустевания и схватывания. Тампонажный раствор 5 обладает плохой седиментационной устойчивостью. На основании этого тампонажные смеси 2, 3 и 4 взяты в качестве опти-. мальных составов, отвечающих требованиям ГОСТа (ГОСТ 1581-63) и утвержденным ТУ на облегченные тампонажные растоворы. Для получения цементно-сапропелевого раствора пригодны кремнеземистые, смешанные и органические сапроели. Однако как видно из табл. 3, олее стабильные результаты получены кремнеземистыми сапропелями. таблица 1

Тип сапропеля

ОПП-остаток после

прокаливания

Валовый состав золы,

% на сухое вещество РеО

CaO+MO

о«

Органический

Смешанный

ремнеземистый12,7 51,2

50,0

9,2

22,5

42,.0 1,2 3,3 2,0 2,9

9,0 4,7 1г7 9,5 1,6 0,3 2,1 0,6

Битумы, % на сухое веществоГуминовые вещества, % на ОВ(органическое вещество Гуминовые кислоты, % на ОВ Легкогидролизируемые соединения, % на сухое вещество Гидролитическая кислотность, мг/экв/100 г

Сумма обменных оснований, мг/экв/100 г

Степень насыщенности

оснований, % Примечания.

4,2 34,4

7,1 33,6

24,5 85,8

77,4 Химический состав сапропелей приведен по данным института торфа АН БССР. Естественная влажность сапропеля определяется в каждой пробе отдельно. чэ

о о I со

гЧ

О

о

I

N

лз CJ s R

Формула изобретения

Тсилпонажный раствор для нефтяных и газовых скважин, содержащий портландцемент, облегчающую добавку и воду, отличающийся тем, 4to, с целью уменьшения сроков схватывания и увеличения прочности цементного камня, в качестве облегчающей добавки/ он содержит сапропель при следующем соотношении ингредиентов, вес.%;.

Портландцемент 51,6-46,4 Сапропель24,2-26,8

ВодаОстальное

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское .свидетельство СССР 613083, кл. Е 21 В 33/138, 1973 (прототип).