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

Изобретение относится к глубокому бурению, в частности к способам обработки тампонажных растворов, предназначенных для крепления нефтяных и газовых скважин. .. .Известны способы химической обработки тампонажных растворов путем введения добавок, в результате которых повышается коррозионная стойкост образующего цементного камня, так ка снижается его проницаемость для агрессивных сред. Установлено повышениё коррозионной стойкости при способе химической обработки тампонажных растворов, при котором в качестве добавки в жидкость затворения вво дят фуриловый спирт с солянокислым а1нилином ij. Но указанный способ обработки не нашел практического применения из-за дефицитности и высокой стоимости фурилового спирта. Защитное действие образующейся фурилоанилиновой смолы обусловлено только кольматацией rioрового пространства. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ химической обработки тампонажных растворов на основе металлургических шлаков путем предварительного введения в жидкость затворения добавки флотореагента Т-66. Флотореагент Т-66 .представляет собой дешевый и вырабатываемый в достаточно большом количестве отход производства изопренового каучука. В соответствии с этим он служит физическим поглотителем кислых газов. Кроме того, являясь вязкимj pганическим веществом, он сохраняется в порах цементного камня, образующегося при затвердевании тампонажного раствора, кольматирует их, понижая газопроницаемость цементного камняС Указанный способ химической обработки, в основе которого лежит введв ниё добавки - флотореагента Т-66, не обеспечивает достаточно эффективной защиты от такого сильно агрессивного агента5 каким является сероводород. Защитное действие флотореагента Т-66 заключается в физических процессах кольматирования и абсорбции сероводорода. Однако поглотительная способность флотореагента Т-55 с ростом температуры (для условий в глубоких скважинах характерны повышенные температуры) значительно снижается, а кольматация пор не препятствует диффузии сероводорода вглубь цементного камня. В результате этого не обеспече на достаточная стойкость цементного камня к сероводородной агрессии. Целью изобретения является повышение сероводородостойкости цементного 1камня, Указанная цель достигается тем, чт согласно способу химической обработки тампон.ажных растворов в качестве добавки используют водорастворимые соли трехвалентного железа, которые вводят ся в количестве кг на 1 м жид кости затворения. Обработка тампонажных растворов, содержащих а качестве вяжущего вещества металлургические шлаки, водорастворимыми солями трехвалентного железа регулирует структурно-механические свойства тампонажных растворов повышая их суффозионную устойчивостьсоздает условия для химического связывания сероводорода, проникающего в цеМентный камень, ингибируя его, продукты реакции сероводорода с солями трехвалентного железа кольматируют поровое пространство цементного камня, затрудняя дальнейшую фильтрацию газа через него; ускоряет тверде ние тампонажных растворов, содержащих металлургические шлаки в качестве вяжущего вещества. Указанное в совокупности повышает прочность и коррозионную стойкость химически обработанных по данному способу тампонажных растворов. Способ химической обработки тампонажных растворов осуществляют следующим образом. В зависимости от условий крепления скважины задаются плотностью тампонаж ного раствора. По известным формулам для конкретного тампонажного раствора находят водоцемёнтное отношение, позволяющее обеспечить требуемую плотность, т.е. количество жидкости затворения на единицу массы тампонажного материала. Затем опытным путем устанавливают максимальное количество добавки - водорастворимой соли трехвалентного железа, не влияющее отрицательно на другие свойства тампонажного раствора. Для этого в жидкость затворения вводят количество соли трехвалентного железа, соответствующее концентрации (00 кг соли на 1 м жидкости затворения и осуществляют пробное затворение тампонажного материала с определенным ранее отношением жидкости затворения к тампонажному материалу. Если максимальной концентрации введенной соли получаются недопустимо высокие реологические показатели или недопустимо быстрое схватывание тампонажного раствора, то проводят его дополнительную химическую обработку известными пластификаторами и замедлителями схватывания. При этом следят за тем, чтобы другие добавки, вводимые одновременно с солями трехвалентного железа, не вызывали выпадение соединений железа из раствора. Если таким путем не удается получить необходимых в данном конкретном случае технологических свойств тампонажного раствора, то уменьшают концентрацию соли трехвалентного железа в жидкости затворения известным методом последовательного приближения к требуемым технологическим свойствам тампонажного раствора. Установленное таким образом максимально возможное в данных конкретных условиях количество соли трехвалентного железа растворяют в предназначенном для приготовления тампонажного раствора объеме жидкости затворения. После этого приготавливают тампонажный раствор по известной технологии. После затвердевания тампонажного раствора образуется цементный камень, объем пор которого заполнен раствором солей трехвалентного железа и {или) продуктами его реакции с некоторыми веществами тампонажного материала. При воздействии на такой цементный камень агрессивной среды, содержащей сероводород, последний, растворяясь в поровой жидкости, вступает в химические реакции с соединениями трехвалентного железа, в результате которых образуются нерастворимые в поровой жидкости и нейтральные по отношению к цементному камню сульфид железа и элементарная среда, которые кольматируют поровое пространство, препятствуя дальнейшему проникновению сероводорода вглубь цементного камня. Повышение сероводородостойкости достигается как за счет кольматации порового пространства и воспрепятствованию тем самым дальнейшего проникновений сероводорода вглубь цементного камня, так и за счет химиi ческой нейтрализации сероводорода соединениями трехвалентного железа, содержащимися в поровой жидкости, и воспрепятствования таким образом. взаимодействию сероводорода с вещест вом структурного скелета цементного камня. Способ химической обработки тампонажных растворов используют для тампонажных растворов, содержащих преимущественно металлургические шла ки в качестве вяжущего вещества, поскольку металлургические шлаки получают в восстановительной среде и вследствие этого они не вступают в реакции окисления-восстановления с сероводородом. Этим обеспечивается первоочередное взаимодействие сероводорода с трехвалентным железом, со держащимся в поровой жидкости. Пример 1. Требуется произве ти химическую обработку тампонажного раствора, содержащего в качестве.вяжу щего вещества шлакопесчаный тампонажный цемент марки ШПиС-200 путем предварительного введения в жидкость затворения сульфата железа (IO . Крепле ние скважины надо произвести в услов ях сероводородной агрессии при 130 С Задаются плотностью тампонажного раствора (р) - 1,7 г/ом, растекаемостью (Бр) - 18 см, сроком начала схватывания - не менее t По расчету для получения тампонаж ного раствора плотностью 1,6-1,7 г/с необходимо обеспечить водоцементное отношение около 0,8,.т.е. на 1 кг шл копесчаного тампонажного цемента тре буется 800 мл воды. В указанном количестве воды растворяют 320 г сульфата железа (ill) и производят пробное затворение тампонажного раствора. Оп ределяют растекаемость тампонажного раствора: она менее. 1б сМ. Опыт повт ряют, введя в тампонажный раствор из вестный пластификатор ПФЛХ (полифенол лесохимический). Если при его введении не удается получить тампонажный раствор требуемых реологических параметров, например из-за сильного, замедления схватывания и твердения, то уменьшают количество добавки сульфата железа (Ш) и повторяют подбор. Получив необходимые реологические свойства тампонажного раствора, проверяют седиментационную устойчивость (определяют коэффициент водоотделения К), скорость схватывания и твердения. Подбор осуществляют до тех пор, пока не будет найдено то максимально возможное содержание сульфата железа (), при котором с применением имеющегося пластификатора могут быть получены необходимые технологические свойства тампонажного раствора. После этого корректируют водоцементное отношение с учетом изменившейся плотности жидкости затворения, исходя из требуемой плотности тампонажного раствора. Пример 2. Требуется произвести химическую обработку тампонажного раствора повышенной плотности, содержащего в качестве вяжущего вещества металлургический доменный шлак, а в качестве утяжелителя - барит, путем предварительного введения в жидкость затворения нитрата железа (111Л В качестве соли трехвалентного железа выбирают нитрат, вызывающий наименьшее загустевание тампонажного раствора, которое препятствовало бы его утяжелению. Крепление скважины надо произвести в условиях сероводо родной агр1ессии при 90°С. Заданная плотность тампонажного раствора 1,9 2,0 г/см, растекаемость l8 см, начало схватывания - не менее 1 ч мин. В дальнейшем осуществление способа производится вышеописанными приемами. Пример 3- Требуется произвести химическую обработку тампонажяогораствора, содержащего в качестве вяжущего вещества шлакопортландцемент, путем предварительного введения в жидкость затворения хлорида железа ( Ш). В качестве соли трехвалентного железа выбирают хлорид, вызывающий наибольшее ускорение схватывания шлакопортландцемента-при невысокой температуре. Крепление скважины надо произвести в условиях сероводородной агрессии при 30 С. Заданная плотность тампонажного раствора ,S,( г/см , . растекаемость 18 см, начало схватыва ния не менее 2ч. В дальнейшем осуществление способ производится приемами, описанными в примере 1. Пример. А. Требуется произвести химическую обработку тампонажного раствора для высокотемпературных скважин.,- содержащего в качестве вяжущего вещества саморассыпающийся шлак флюсового производства рафиниро ванного феррохрома. Крепление сверхглубокой скважины надо произвести в условиях сероводо.родной агрессии при , Заданная плотность тампонажного раствора 1,7 1,8, г/см, растекаемость 18 см, нача ло схватывания не менее 5ч. В качестве срли трехвалентного железа выбирают нитрат, вызывающий наименьшее ускорение схватывания. В дальнейшем осуществление способа производится приемами, описанными в Примере 1. В табл. 1 приведены свойства тампонажного материала. В табл. 2 приведены свойства химически обработанных тампонажных рас воров, содержащих металлургические шлаки в качестве вяжущего вещества. Из данных, приведенных в таблице, следует, что химическая обработка тамг понажных растворов по данному способу значительно повьшает устойчивость цементного камня к сероводородной агрессии по сравнению с известным. Введение в процессе химической обработки меньшего, чем заявлено, количества солей трехвалентного железа, не обеспечивает достаточной защиты от сероводородной-агрессии. Помимо защиты от сероводородной агрессии химическая обработка тампонажных растворов по данному способу ускоряет схватывание и твердение тампонажных растворов, так как водорастворимые соли трехвалентного железа являются электролитами - ускорителями твердения. Способ химической обработки тампонажных растворов повышает их суффозионную и седиментационную устойчивость за счет солей трехвалентного железа, которые образуют коллоидные гидроксиды железа при реакции со щелочнь1ми компонентами вяжущего вещества. Это дает возможность значительно расширить пределы регулирования водоцементного отношения таких тампо.нажных растворов. Таблица 1

Шлак (вяжущее вещест6D 60 70 60 70 во)

Кварцевый песок

Барит

Портландцемент

40

100

30

30

.tvl.

цю га ь

u

s

(U

о

a

cr.

tI о з:

« Ф 3

S CD г Формула изобретения Способ химической обработки тампонажных растворов на основе металлургических шлаков путем предварительно-, го введения в жидкость затворения до- s бавки, отличающийся тем, чта, с целью повышения сероводородостойкости.цементного камня, в качестве добавки используют водорастворимые соли трехвалентного железа, кото- ю 927 2И рые вводятся в количестве 50-400 кг на 1 м жидкости затворения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Липовецкий А.Я. f Данюшевс-кий B.C. Цементные растворы в бурении скважин. Л., 1963, с. 185-187. 2. Авторское свидетельство СССР N , кл, Е 21 В 33/138, 1978 (прототип).