Способ приготовления тампонажных растворов Советский патент 1982 года по МПК E21B33/138 

1

Изобретение относится к глубо ; кому бурению, в частности к способам обработки тампонажных растворов, предназначенных для крепления нефтяных и .газовых скважин.

Известны способы химической об- . работки тампонажных растворо.в для крепления нефтяных и газовых скважин путем введения в жидкость затворения производстве1нных .отходов. Способ закл1рчается в том, что тампонажный раствор на основе портландцемента и воды с добавкой раствора хлЬристого кальция обрабатывают путем введения в воду нейтральносульфитного щелока, который берут в количестве 2-5 от веса сухого Портландцемента, Нейтрально-сульфитный щелок - отход варки целлюлозы. В состав органической части сухого остатка входят 20-26% лигносульфоната натрия и 10-12 натриевых солей уксусной, муравьиной и щавелевой

кислот. Минеральная часть достоит в основном из натрия и серы ГОНедостатком известного способа химической обработки тампонажных растворов является плохая суффози - онная и седиментационная устойчивость портландцементной суспензии, обработанной лигносульфонатами, особенно при пОвьциённом водоцементном отношении.

10

Известен также способ химической обработки тампонажных растворов на основе гранулированного доменного шлака,.Тампонажный раствор, содержащий гранулированный доменный шлак,

15 карбонатный наполнитель и воду, обрабатывают путем введения в воду содощелочного плава, который является ОТХОДОМ капролактамового производства. Его вводят в виде вод20ного раствора 10-20% концентрации 2.

Недостатком этого способа является плохая суффозионная и седи39мёнтационная устойчивость тампонажного раствора при высоком водоцементном отношении, а также его быстрое схватывание. Наиболее-; близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемо му результату является способ пригот товления растворов путем предварител кого введения в жидкость затворения добавки и последующего затворения на полученной дисперсии порошкообразного тампонажного материала. В данном способе в жидкость затворения (воду) предварительно вводят дистиллерную жидкость, которая является отходом содового производства, соДержащим, в основном, хлорид («йльция Приготовленный таким способом тампонажный раствор имеет повышенную по сравнению с вышеуказанными тампонажными растворами суффозионную 1и с,едиментационную устойчивость, так .как при затворении водО1(, содержащей дистиллерную жидкость, хлорид кальция, введенный в значительном количестве с дистиллерной жидкостью, вызывает усиленное диспергипование продуктов гидратации портландцемента, обеспечивая, тем самым. повышение суффозионной и седиментаци онной устойчивости З. Однако степень диспергирования не настолько высока, чтобы можно было обеспечить седиментационную и суф фозионную устойчивость при повышенно водоцементном отношении или при недостаточно высокой дисперсности порошкообразного тампонажного материала. Кроме того, приготовленный таким способом тампонажный материал имеет ускоренное схватывание, что ограничивает область-его применения низкими температурами в скважине Целью изобретения является повышение седиментационной исуффозионной устойчивости тампонажного раствора с одновременным замедлением сроков его схваты1зания. . Указанная цель достигается тем, что в качестве добавки в раствор вводят отработанный расплав титановых хлораторов в количестве 50-500 на 1 л жидкости затворения. При приготовлении тампонажных растворов на жидкости затворения. в которую введенб менее 50 г отрабо танного расплава;титановых хлораторо не обеспечивается повышение суффс зи онной и седиментационной устойчивое 1 тампонажного раствора при повышенных водоцементных отношениях. При приготовлении тампонажных растворов на жидкости затворения, в которую введено более 500 г отработанного расплаёа титановых хлораторов, сильно замедляется схватывание итвердение тампонажного раствора, а также недопустимо повышаются реологические показатели. Специфическое действие отработанного расплава титановых хлораторов объясняется их;особым химическим составом. Средний химический состав отработанного расплава титановых хлораторов УсТь-КаменОгорского титано-магниевого комбината: Повышение суффозионной и седиментационной устойчивости происходит в результате образования в жидкой фазе гелеобразных гидроксидов магния, железа, марганца, хрома. Тонкая дисперсия гелия, образующаяся в поровой жидкости тампонажного раствора, создает коллоидный раствор и придает поровой жидкости свойства тонкоструктурированнбй дисперсии, в частности, такая жидкость приобретает сдвиговую прочность. За счет этого твердые частицы порошкообразного тампонажного материала удерживаются во взвешенном состоянии даже при высоком водосодержании тампонажного раствора. Наличие сдвиговой прочности у поровой жидкости препятствует возникновению фильтрационных каналов noQ действием перепада давления и суффоаионному каналообразованию в тампонажном растворе. Замедляющее действие на процесс схватывания оказывают ионы хрома, :марганца, а также плотная коллоидная пленка гидроксидов, образующаяся вокруг частиц тампонажного материала. Поэтому тампонажный раствор, в который вводят добавку отработанного расплава титановых хлоратов, схвагывается медленн ее обычного портландцементного раствЪра и способ может быть применен без специальных замедлителей до 100°С, Способ приготовления тампонажных растворов осуществляется следующим образом. В зависимости от условий чементи рования скважины задаются плотностью тампонажного раствора., По известным формулам для конкретного тампонажного раствора находят водоцементное отношение,- позволяющее обеспечить ;требуемую плотность, т.е. количество жидкости затворения на единицу массы .тампонажного материала. Затем опытным путем устанавливают максимальное количество отработанного расплава титановых хлораторов,не влияющее отрицательно на другие свойства там( понажного раствора. Для этого в жидкость затворения вводят отработанный расплав титановых хлораторов в количестве, соответствующем концентрации 50-500 г отработанного расплав .титановых хлораторов на 1 л жидкости затворения. При этом часть вещества .обработанного расплава .титановых хло раторов переходит р раствор.нерастворимый остатокобразует суспензию. На полученной дисперсной системе осуществляют пробное затворение тампонажного раствора с определенным ранее отношением жидкости затворения к порошкооЬразному тампонажному материалу. Если nffti максимальной концентрации отработанного расплава титановых хлораторов получаются недопус тимо вь1сокие реологические показатели или недопустимо замедленное . схватывание, то уменьшают дозировку отработанного расплава титановых хло раторов. Методом последовательного приближения находят дозировку отработанного расплава титановых хлораторов, . обеспечивающую соответствие свойств тампонажного раствора условиям применения по реологическим показателям или скорости схватывания. Для приведения и соответствие других свойств тампонажного раствора применяют известные пластификаторы или ускорители схватывания. Установленное таким образом максимально возможное в данных конкретных условиях количество (отработанного расплава титановых хлораторов вводят в предназначенный, для приго-. товления тампонажного раствора объем жидкости затворения, которую вплоть до пр1 менения интенсивно перемешйво ют для пре 1отвращения оседания не-. растворимого остатка. После этого приготавливают тампонажный раствор по известной технологии. Пример 1. Требуется пригото ить гампонажный раствор с седиментационной суффозионной устойчивостью при повышенном до 0,8 водоцементном отношении. Для пробного затворения на 1 кг портландцемента: берут 800 мм воды и размешивают в ней 400 г предваритеяьно-измельченного отработанного расплава титановых хлораторов. На полученной дисперсии затворяют пробу тампонажного раствора и определяют его технологически важные свойства. Полученный раствор имеет растекаемость Dp 16 см. Готовят следующую пробу тампонажного раствора, для обработки которого берут i20 г отработанного расплава ти гановых хлораторов на 800 мл воды. Растекаемость полученного тампонажного растввра 18 см, 1 :оэффициент водоотделения К - 0. Однако срок начала схватывания при - 8 ч 05 мин, , что нежелательно. С целью сокращения сроков схватывания применяют известный ускоритель, например, оксид кальция.в количестве 50 г/5% к массе портландцемента. После дополнительной обработки ускорителем срок начала схваг тывания составляет 5 ч 00 мин, конец схватывания - 6 ч 30 мин, что является достаточным при цементировании скважины в данном конкретном случае. Пример 2. Требуется приготовить тампонажный раствор с плотностью 1,81 г/см и предназначен.ный для це- ментирования высокотемпературной .скважины с температурой на забое .... : . . Для получения заданной плотности необходимо принять количество жидкости затворения, равное приблизи- .. тельно 0,5 от массы порошкообразного гампона.жного материала. Для пробного затворения берут на 1 кг цементно-песчаной смеси 500 мл воды и размешивают в ней 25 г ртработанного расплава титановых хлораторов.На полученной дисперсии загворяют тампонажный раствор и определяют важнейшие его технологически свойства, Растекаемость тампонажног раствора равна 22 см, коэффициент водоотделения 0,5%. При срок начала схватывания 1 ч S мин, кои ца схватывания,- -2 ч.30 мин. При (.температура, соответствующая верхнему интервалу цементирования срок начала- схватывани) равен 3 ч.00 мин, конца схватывания ч. 45 мин. Полученные свойства тампонажного раствора удовлетворяют условиям цементирования данной скважины, Пример 3. Требуется приготрвить тампонажный раствор с достаточной седиментационной и суффОзионной устойчивостью при водоцементНОМ отношении l/t (для получения из стандартного тампонажного цемент тампанажного раствора с плотностью около, Ь 50 r/cw) . Для приготовления пробы тампонаж ного раствора берут на Т кг портлан цемента 1 400 мл воды и размешивают в ней 700 г предварительно измельченного отработанного расплава титановых хлораторов. На полученной дисперсии затворяют тампонажный раствор и определяют его важнейшие технологические свойства, Растекаемость тампонажного раствора . рйвна 24 см, коэффициент водоотделения 1 Дауные.параметры соответствуют требованиям цементирования скважин однако срок начала схватывания при :90 С.12 ч 45 мин является чрезмерн длинным. Для .ускорения схватывания вводят известный ускоритель схватывания - оксид кальция в количестве 100 г/10% от массы портландцемента После дополнительной обработки срок начала схватывания 6 ч 45 .мин, конца-схватывания - 9 ч 1,5 мин, что является достаточным при цемен тировании скважины в данном конкретном случае. В таблице приведены свойства тампонажных растворов, полученных по предлагаемому способу, по сравнению со свойствами тампонажного раствора по известному. Как следует из таблицы, пригото ление путем тампонажных растворов путем введения, в жидкость затворения отработанного расплава титановых хло ратов позволяет получать тампонажйые растворы с хорошей седиментационной устойчивостью, в том числе при повышенном водоцемёнтном отношении и при введении грубодисперсного нап Ьлнителя, с замедленным схва-. тыванием и удовлетворительными прочностными свойствами образующегося цементного камня. Применение известных способов приготовления тампонажных растворов с введением в состав жидкости затворения других производственных от- . ходов (например, дистиллерной жидкости) не обеспечивает получения таких свойств тампонажных растворов. . Выход за пределы указанного в способе количества вводимого в жидкость затворения отработанного расплава титановых хлоратов не позволяет достигнуть поставленной цели или не обеспечивает сохранения других техно.погических свойств тампонажного раствора в необходимых пределах. Отсутствие ускоряющего и сильного загружающего действия позволяет ввести в тампонажный раствор значительное количество отработанного расплава титановых хлораторов, что дает возможность утилизировать этот отход в больших коли-чествах и таким образом существенно способствовать- oxpafне окоужающей соеды. Отработанный расплав титановых хлораторов хорошо растворяется в воде и поэтому его хранение на поверхности представляет значительные трудности. Введение этих отходов в больших количествах в состав тампонажных растворов, закачиваемых в недра земли -при цементировании скважин, со6ру кении траншейных стенок и т.п.обеспечивает надежную консервацию данного промышленного отхода. Положительным фактором является переход знач1/1тельной части вещества отхода в нерастворимое состояние при реакции со щелочными компонентами тампонажного раствора. Это, а также низкая фильтрующая способность образующегося цементного камня предотвращает проникновение ингредиентов отхрда в окружающую среду, Предлагаемый способ позволяет обеспечить хорошие технологические свойства тампонажного раствора за счет того, что образование значите.пьного количества геля в жидкой фазе происходит на более поздней стадии твердения, после окончания процесса цементирования,

3

1Л

S , « «Ч (

Г« - fs,00 О I

Гч.

ео «о I

со

0о

1I

(TtvO

«Л .

I

lA

lA

ir

IN.

1

o

.Э-в-О-.)С4-аоо гч

«м. ем«м м ем см

со ео

сгч о

NO40

Гч Р

II «

- I

чло

1Л

.ю

f t

I. I

0

Г4

« V

u41Л

оОи

о

II

II I

NOо

о

о о I

о о%

о г о

U4 лл со

г

|ь о (м

«о см

CM

о

ч

О U4

(М

ОФ со со

и%

|/ л

i «

от -eOatAU4IAЬ 1Л

и «).и

- «о хоео«о

о о о о -яо . о

000 о о

Ш (Л jr. 1 о

1Л

11

Формула изобретения

Способ приготовления тампонажных растворов путем предварительного введения а жидкость затворения добавки и последующего затворения на полученной дисперсии порошкообразного тампонажного материала, отличают и и с я тем, что, с целью повышения седиМентационной и суффозион ной устойчивости с одновременным за медлением сроков схватывания, в качестве добавки BvgacTBop вводят отработанный расплав титановых хлораторов

927971

12

в количестве 50-500 г на 1 л жидкости затворения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Авторское свидетельство СССР № 40it932, кл. Е 21 В 33/138, 1973.

2,Авторское свидетельствю СССР ff i 46480, кл. С О В 7/20, .

3,Хангильдин С.Н. Комплексные исследования тампонажных цементов ,.

и растворов для цементировочных рабо в нефтяных и газовых скважинах. Диссертация. Уфа, 196, с. 113-115 (прототип).