Облегченный тампонажный раствор для крепления скважин Советский патент 1982 года по МПК E21B33/138 

I

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к тампонажным растворам для цементирования нефтяных, газовых и других скважин.

Известны облегчённые тампонажные растворы для крепления скважин, содержащие цемент, воду затворения и различные облегчающие добавки, например бентонит, асбозурит, трепел, диатомит, каменный уголь, опоку и др. 1.

Широко используются в бурении нефтяных и газовых скважин в качестве облегчающих добавок к цементу различные промышленные отходы.

Известен тампонажный раствор с использованием в качестве такой добавки шлифовальной пыли - отхода производства при механической обработке асбофрикционных материалов 2. Этот тампонажный раствор имеет следующий состав, вес.:

Вяжущее60-90

Шлифовальная пыль Ю-+О

К недостаткам данных тампонажных смесей относятся сравнительно большие плотности растворов, малые сроки схватывания и недостаточная прочность цементного камня при изгибе и др.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является облегченны

10 цементно- бентонитовый тампонажный раствор, содержание бентонитового глинопорошка в котором колеблется в пределах 18-25, а водотвердое отношение 1,. СЗ.

15

Данный тампонажный раствор имеет следующие физико-технологические характеристики:

Плотность, кг/м (1,3-1.)-10

, : I / - I и

20 (16-20) -10- Растекаемость, м Срок начала схватывания при температуре З+ВК, ч 2-3 Прочность (изгиб) при температуре ЗА8К через 48 ч, (5-12)-10Недостаток известного тампонажного раствора - малые сроки прокач ваемости, начала схватывания и пониженная прочность цементного камн Цель изобретения - увеличение времени прокачиваемости, сроков сх тывания и предела прочности цемент ного камня. Поставленная цель достигается т что в качестве облегчающей добавки тампонажный раствор содержит кек титано-магниевого производства и д полнительно - хлористый кальций пр следующем соотношении ингредиентов вес.ч: Портландцемент для горячих скважин 100 Кек титано-магниевого производства 1-30 Хлористый кальций 2,0-11,6 Вода50-290 Кек - отход титано-магниевого п изводства, осадок с вакуумных филь ров очистных сооружений, продукт фильтрации гидролизованных и нейтр лизованных соединений титана, магн и сопутствующих компонентов. Кек представляет собой светло-к ричневую пасту с влажностью около 80. Он обладает высокой дисперсностью, что обеспечивает седимента онную устойчивость цементного раст ра при высоких водосмесевых отноше ниях (В/с) - до 2,23. Кек имеет следующий химический став, вес.: С 2-6 TiOQ 10-13 FeO2-10 AEfiOj7-10 SiOi7-30 CaO15-25 MgO5-9 Mn0,2-0,3 ,1-0, it 0,3-0,8 ,9-1,5 СбоЕш,3-6 Лабораторная технология приготов ления, облегченной смеси проста и со стоит в следующем. Портландцемент для горячих скваж просеивается через сито 0,08. Зная исходную влажность кека, вычисляют его необходимое количество в весовых частях по сухому весу. Хлористый кальций и кек вводят в воду затворения. В качестве последней используется водопроводная вода и влага, содержащаяся в кеке. Перемешивают приготовленную смесь на смесителе Воронеж-2 в течение 15-20 мин до получения однородной массы. Полученной пульпой плотностью (1 ,07-1 ,08) X 10 кг/м затворяют цемент, перемешивая в сферической чаше в течение 3-5 мин. Пример. Приготовление раствора производится по технологии, указанной выше. Взвешивают 600 г просеенного портландцемента для горячих скважин. Исходная влажность кека равна 80. Значит, если для опыта необходимо взять 20 вес.ч. кека титаномагниевого производства, то влажного (естественного) кека необходимо взвесить 600 г. Далее готовят раствор хлористого кальция из расчета % к воде водопроводной + влага кека 780480 г. Это составляет 8,4 вес.ч. или 50,4 г хлористого кальция. Приготовив пульпу из раствора хлористого кальция и кека, затворяют ею цемент. Основные параметры полученного тампонажного раствора следующие:Плотность, кг/м 1,32-10 Растекаемость, и 18-10 Время прокачиваемости на КЦ-4 при температуре 348К и давлении 50 МПа, начало 3-30 конец3-55 Сроки схватывания при температуре 348К и атмосферном давлении,ч-мин начало 4-25 конец10-50 Предел прочности при изгибе через 48 t 2 ч твердения при температуре 348к и атмосферном давлении, Н/м 14-10 В табл. 1 представлены физикоехнологические характеристики облегенного тампонажного раствора. Как видно из табл. 1, наиболее птимальные результаты получены при

590

использовании 1-30 вес.ч. кека и k вес.% хлористого кальция к весу общей воды (воды водопроводной + влаге кека), т.е. в опытах .

Применяя кек в количестве более 30 вес..ч. получают цементный камень с прочностью ниже, чем это предусматривается ТУ и ГОСТом.

В опытах 1-7 без использования хлористого кальция и в опытах S-lt при использовании 3 -ного раствора хлористого кальция сроки схватывания и время прокачиваемости слишком велики.

В опытах 22-28 при использовании 5%-ного водного раствора хлористого кальция прочность при изгибе цементного камня уменьшается по сравнению с использованием « -ного раствора.

В табл. 2 приведены сравнительные данные предлагаемого и известного растворов при одинаковых плотностях.

На основании приведенных в табл.1 данных тампонажные растворы опытов 15-21 предлагаются в качестве оптимальных растворов, отвечающих требованиям ГОСТа (ГОСТ 1581-63)и утвержденных ТУ на облегченные тампонажные растворы.

сг со

1- чО LA СМ

со Ln CS о

ал го

CN CM 4D J

СЭ

vO

CNJ I- г- - ГО CM - r-

(

LAиласэоо

го-гоСЭ-гг

I I 1 II I

, г-см- 1ЛчОvD

оLAо

илLA

илг,-г-LA

I I I

II

UAЧО

cs-а--3илLA

un о

сз го I I

илСМ

II

ил

ил VD

LACD

LACD

CD-

Г-I

II It

-:rчО

CO

r CO oo cr ол

r

rC4l CD

CD

ГО

LA ГО ГО

CD LA C OO LA CD LA OO .- -3- Г-- CD

,- r- CM

О

О ГО

О О

о Г .- ОЛ

LA СМ - СМ

LA СМ

CD СМ

О О

О О

о

CD О

О

о

о

V- CMrO-4-LA4OI OOCnCD- CMrO-3-LA4Dr OOCr(

илил

LA

CDCDLAилCD

СЭСЗ

CDCD

О

-crCMLAГО

-3J-ил

-СГ-

II

II

I

IIIII

II

чОгилчО

--ГОГОJ-го

Г

сэил

LAСЭLA CDCD

ил

о о I

СЗCD

сэ

-J--

см

CM

ГОCDLK) ГОC:D

гоCD

Ir

II

I

1 I

I

го-3ил

илчО

CD-CM ГО-d-

CD

LA LA

CDCDLA

сэ

илCD

сзCD

CD

CDLACD

.-

CDCM -3- -

1-CD

CD

II

III

II

I ГО

го

LAчО

-d---

COCD-3LACD

LA

CDLAО

о

оLACD

CD

CD

-d-J--

CMCD

-d- I

ir

T-.-ГО LA CD

III

I ГО

t

II I

III

rLA

ГОLAr

(M

CM

r- cx) CO ал

Г СЮ OO OO СП

о

CM

rr

О ro

I- C-vl

О OO

CN ro

r

CD

CD

-cf

LA

ro s

ro

I- CO ГО

-ДLA OO

LA

OO

CD LA CXD

LA r

ro

CD CD

CO

CD CD LA OO -

OO l

CM

J .- CM CM

CM OO -3LA O «- ro

CD CD

чО ro

CD LA чО OO

f OO

CN CM ro LA чО

о CD CD CD

о

CD ОЛ

О СП

О О CD

о ил ГО r г- LA

LA

; ГО Г - г- .- CM CM

г- .- «м

см

LA CM

LA СМ

CD LA сз

сз --

ил CD ,- .- CM .- СМ го

О

о

о

CD О

CD О

О О

О О

О О

CD О

О О

о о

О

о

CD

О СМ

ю

та ь

1

з:

0)

О О.

с:

Формула изобретения

Облегченный тампонажный раствор для крепления сквак{ин, содержащий портландцемент для горячих скважин, облегчающую добавку и воду, о т л и чающийся тем, что, с целью увеличения времени прокачиваемости, сроков схватывания и предела прочности цементного камня, в качестве облегчающей добавки он содержит кек титано-магниевого производства и дополнительно - хлористый кальций при следующем соотношении ингредиентов, вес.ч.:

Портландцемент

для горячих скважин 100

Т а б л и

Ц а

Кек титано-магниевого производства 1-30 Хлористый кальций 2,0-11,6 Вода50-290

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

3.Данюшевский B.C. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам. М., Недра, 1973, с. 80 (прототип)