Тампонажный раствор для цементирования скважин с низкой температурой Советский патент 1982 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к строител ству скважин и может быть использовано при цементировании обсадных колонн и установки цементных мостов в открытых или обсаженных . скважинах с низкой те пературой. Цементирование обсадных колонн в породах с низкими температурами производится тампонажным раствором на основе немодифицированного стандартного тампонажного портландцемен Переход тампонажного раствора в цементный камень при низких температурах замедляется, что приводит к значительному увеличению времени ожидания за.твердевания цементного раствора (ОЗЦ). Для сокращения сроков ОЗЦ широко используют тампонажный раствор ,11 при следующем соотношении компонентов, вес.ч.: Цемент1 ,00 Хлорид кальция0,05-0,10 Вода0,50-0,70 Но эти тампонажные растворы в связи с быстрым загустеванием не отвечают техническим требованиям цементирования. Кроме того, добавление хлорида кальция способствует интенсивному трещинообразованию цементного камня в процессе твердения , Известен также тампонажный раствор для цементирования скважин с низкой температурой, содержащий цемент, конденсированную сульфит-спиртовую барду, хлорид кальция и воду ,.. Недостатком данного тампонажного раствора является высокое тепловыделение при затвердевании раствора, что вызывает оттаивание и осыпание мерзлых пород, т.е. данный раствор неприменим для цементирования скважин. разрез которых содержит породы, осы пающиеся при растеплении. Кроме того, при твердении данног раствора образуется камень недостаточной прочности. Целью изобретения является повышение прочности образующегося камня и снижение тепловыделения при затвердевании раствора. Указанная цель достигается тем, что тампонажный раствор дополни-; тельно содержит хромпик при следующем соотношении компонентов, ., вес.ч.: Цемент Конденсированная сульфиттспиртовая 0,002-0,.005 Хлорид кальция 0,002-0,020 Хромпик 0,002-0,005 0.350-0,(50 ..Вода Данный тампонажный раствор готовится путем введения в воду для з.атвррения цемента последовательно .хлорида кадьция, хромника и конденсированной сульфит-спиртовой барды ( КССБ, перемешивания в течение10-15 мин и затворения цемента на растворе этих реагентов. На чертеже показаны удельные- теп ловыделения при затвердевании раствора (цемент Стерлитамакского завод водоцементное отношение G,kJ. Оптимальные водоцементные отношени/) и содержание реагентов в тампонажном растворе определены экспер ментально в ориентации на следующие исходные требования к растворам для цементирования скважин с низкой тем перат: ой: 1.Растекаемость по конусу АзИИИ не менее 18 см, 2.Сроки схватывания раствора при 20С не менее А ч и не более 24 ч. 3.Прочность камня при изгибе после твердения в течение двух суто в среде с температурой не менее 28 кгс/см , с температурой - 5 не менее 10 кгс/см-, 4.Содержание в растворе хлорияз кальция не более 0,020 вес.ч.( 2% к весу цемента ). Во всех экспёримен-Сах выдержано оптимальное соотношение КССБ и хром пика 1:1, При нарушении этого соотношения параметры раствора и камня становятся нестабильными, в частности, величины растекаемости, сроков схватывания, прочности отличаются друг от друга в 1,5-2 раза. Прочность цементного камня, твердеющего в среде с темп.ературой - 5 С; измеряется после растепления образцов при С в течение двух часов. Сроки охватывания раствора определяются при , В табл.1 показано определение оптимального состава тампонажного раствора с комплексной добавкой реагентов. Из табл.1 видно, что тампонажный раствор, отвечающий требованиям ГОСТ1581-78, при водоцементном отношении 0, добавкой хлорида кальция и без нее, при температуре -5 С не способен за двое суток формироваться в камень (примеры 1 и 2). При снижении водоцементного отношения до 0,6 тампонажный раствор становится нетехнологичным (пример 3). Повысить растекаемость данного раст вора возможно за счет добавок (.по 0,001 вес.ч.) КССБ и хромпика, что, однако, не приводит к формированию камня при -5°С (пример k) . Ввод в раствор предельного количества хлорида кальция ,( О, 020 вес. ч.) не дает желаемого результата по прочности камня ( пример 5 Иные выводы вытекают из анализа параметров раствора с водоцементным отношением 0,45(примеры 6-10).Для этого раствора методом, описанным выше (примеры 6-9. найдено оптимальное соотношение к змпонентов (пример 10), при котором удовлетворяются все исходные требования. Экспериментально установлено наименьшее приемлемое водоцементное отношение, равное0,35 (примеры k и 15) . Предельное содержание в данном растворе реагентов: КССБ и хромпика по 0,005 вес.ч., хлорида кальция 0,002 вес,ч. При дальнейшем снижении водоцементного отношения (О,З и ниже) параметры раствора и камня, независимо от количества вводимых реагентов, не удовлетворяют исходным требованиям, (примеры 19-22. Таким образом, необходимые для низкотемпературных условий параметры тампонажного раствора и камня достигаются в диапазоне водоцементных отношений 0,,35 с добавками КССБ и хромпика по 0,002-0,005 вес.м,, хлорида кальция 0,002-0,020 вес.м. Растворы, приготовленные из тампонажных портландцементов для холодных скважин завод г.г. Стерлитамак и Чернореченск, характеризуются параметрами, близкими по значению к параметрам раствора из цемента завода Красный Октябрь г. Вольска (табл.1). На промысловых испытаниях тампонажного раствора предложенного состава выполнен анализ проб, отобранных непосредственно после затвердения цемента. В табл.2 приведены параметры рас вора и камня в пробах, отобранных в jipojigcce промысловых испытаний. Для сравнения проведен анализ проб цементного раствора без добаво согласно.ГОСТ 1581-78. Цемент взят из бункера цементно-смесительной ма ,шины перед началом промысловых испы таний. В таблице 3 приведены параметры цементного раствора и камня без добавок в пробах, отобранных в процессе промысловых испытаний. По данным табл.3 можно заключить что цементный раствор без добавок не технологичен (растекаемость ме9 . 6 нее 18 см) . Цементный камень при водоцементном отношении 0,А5 (плот . , - . у . . . - - , ность 1,89 кг/м)не удовлетворяет требованиям по прочности. По диаграммам акустического цементомера АЦК-1 отношение длины контактных зон отличного качества к общей длине колонны в интервале ценен- тирования равно единице. В более широком масштабе предлагаемый цементный раствор опробован на Русском месторождении при цементировании экспериментальных скважин 0,39,З,,2,1. Получено высокое качество контактных зон цементного камня в интервале цементирования, о чем можно судить по данным акусти- ческого цементомера АКЦ-1. Экономическая эффективность предлагаемого цементного раствора обусловлена сокращением средств на ремонт негерметичного затрубного пространства, в особенности в скважинах, предназначенных дл.я теплового воздействия на продуктивные пласты. Для последнего случая повышение прочности контактных зон становится одной из главных задач, так как применению тепловых методов интенсификации добычи нефти сопутствует подвижка колонны вследствие теплового удлинения.

927969

11

12

Таблица 2

Примечания

содержащий цемент, конденсированную сульфит-спиртовую барду,, хлорид кальция и воду, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности образующегося камня и снижения тепловыделения при затвердевании раствора, он дополнительно содержит хромпик при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:

1,000

0,002-0,005

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Грязное Г,С, Конструкция газовых скважин в районах многолетнемерзлых пород, М,, Недра, 1978, с. 105110

Применение ПАВ для-регулирования технологических свойств тампонажного раствора и камня, - Нефтяное хозяйство, 1976,№ 7, с, if6-it8 (прототип). Применен тампонажный портлаидцёмент Стерлитамакского завода после Э месяцев хранения в складских условиях. Содержание добавок в растворе к весу цемента: КССБ и бихромата калия по 0,02, хлорида кальция 1%, - - , . .Таблица 3