ОБЛЕГЧЕННЫЙ ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СКВАЖИН Советский патент 1995 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к тампонажным растворам пониженной плотности и может быть использовано при цементировании низкотемпературных нефтяных и газовых скважин, осложненных наличием слабосвязанных и склонных к гидроразрыву пород.

Известен тампонажный раствор пониженной плотности для геотермальных скважин, состоящий из цемента (26,6 мас.), силикатной муки (8 мас.), вермикулита (8 мас. ) и воды (57,4 мас.). Вермикулит как облегчающая добавка представляет собой продукт вспучивания смешанослойного материала гидрослюды. Полученный после вспучивания материал характеризуется объемным весом (100-300) кг/м³, обладает исключительно высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами ввиду микропластинчатой структуры зерен. В СССР вермикулит выпускается в соответствии с ГОСТ 12865-67, по которому марка вермикулита соответствует его объемному весу.

Основным недостатком указанного раствора является отсутствие схватывания при температурах ниже 30^оС, что делает его непригодным для цементирования низкотемпературных скважин.

Известен также облегченный тампонажный раствор для цементирования низкотемпературных скважин, содержащий тампонажный цемент для "холодных" скважин, облегчающую добавку вермикулит, ускоритель cхватывания хлорид кальция и воду при следующем соотношении компонентов, мас.

Тампонажный цемент
для "холодных" скважин 40,0-51,2 Вермикулит 3,5-4,4 Хлорид кальция 5,6-8,9 Вода 35,5-50,9
Недостатки известного цементного раствора заключаются в том, что цементному камню, сформированному из него, свойственны усадка и низкая прочность. Эти недостатки способствуют нарушению контакта цементного камня с колонной и породой и приводят к ухудшению качества крепления скважины. Вследствие разгерметизации затрубного пространства ухудшаются как технико-экономические (потери газа), так и экологические (загрязнение окружающей среды) показатели эксплуатации скважины. При этом возрастает стоимость скважины за счет проведения капитального ремонта.

Целью изобретения является получение расширяющегося цементного камня с повышенной прочностью.

Поставленная цель достигается тем, что тампонажный раствор в качестве ускорителя схватывания содержит шлам карналлитового хлоратора отход производства металлического магния из карналлита на стадии обезвоживания и дохлорирования последнего, при следующем соотношении компонентов, мас.

Тампонажный цемент
для "холодных" скважин 45,2-47,3 Вермикулит 2,4-5,3
Шлам карналлитового хлоратора 4,7-5,2 Вода Остальное
Шлам карналлитового хлоратора представляет собой отход производства металлического магния из карналлита (KCl ˙MgCl₂ ˙6H₂O) на стадии обезвоживания и дохлорирования последнего и состоит из следующих компонентов, мас. CaCl₂ 2,2; NaCl 6,0; KCl 39,0; MgCl₂ 19,3; MgO 30,3; Mg (металл) 3,2. Шлам карналлитового хлоратора является твердым кусковым материалом, хорошо растворимым в воде (до степени растворимости, равной 0,8). Водный раствор шлама дает щелочную среду с рН 8,7.

Были приготовлены два известных раствора (тампонажный цемент для "холодных" скважин, вермикулит, ускоритель схватывания хлорид кальция и вода) и десять растворов согласно настоящему изобретению с граничными и средним содержанием компонентов, а также с их содержанием выше верхнего и нижнего пределов для температур 20 и 0^оС (см. таблицу).

Данные таблицы свидетельствуют о том, что тампонажный раствор согласно изобретению с оптимальным содержанием компонентов обладает лучшими физико-механическими свойствами, чем известные ранее растворы того же назначения, а именно достигается расширение цементного камня до 0,1% которое соответствует давлению, оказываемому камнем на стенки скважины, до 0,5 МПа, и на 20-30% возрастает прочность. При содержании компонентов ниже нижнего и выше верхнего пределов наблюдается либо усадка камня при одновременном снижении (или отсутствии при 0^оС) прочности, либо резкое возрастание плотности раствора (до 1,60 г/см³).

Преимущества тампонажного раствора заключаются в следующем:
способность к расширению в условиях пониженных температур твердения, что приводит к улучшению сцепления цементного камня с колонной и породой и надежной герметизации затрубного пространства от возможной опасности газоперетоков (газопроявлений) в скважине;
повышенная прочность цементного камня, способствующая более надежной эксплуатации скважины в слабосвязанных, проницаемых горных породах;
снижается стоимость тампонажного раствора за счет замены хлорида кальция недефицитным материалом шламом карналлитового хлоратора отходом производства титаномагниевых комбинатов.

Указанные преимущества тампонажного раствора в совокупности повышают качество крепления низкотемпературных скважин в проницаемых, склонных к гидроразрыву породах. Улучшаются технико-экономические и эксплуатационные показатели, а также снижается стоимость строительства и эксплуатация скважины.

ОБЛЕГЧЕННЫЙ ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СКВАЖИН, содержащий тампонажный цемент для "холодных" скважин, вермикулит, укоритель схватывания и воду, отличающийся тем, что, с целью получения расширяющегося цементного камня с повышенной прочностью, в качестве ускорителя схватывания он содержит шлам карналлитового хлоратора отход производства металлического магния из карналлита на стадии обезвоживания и дохлорирования последнего при следующем соотношении компонентов, мас.

Тампонажный цемент для "холодных" скважин 45,2 47,3
Вермикулит 2,4 5,3
Шлам карналлитового хлоратора 4,7 5,2
Вода Остальное