Супероблегченный пеноцементный тампонажный раствор Советский патент 1982 года по МПК E21B33/138 

1

Изобретение относится к производicTsy облегченных тампонажных -растворов, в частности для цементирования горячих скважин в условиях аномально низких пластовых давлений, интенсивных поглощений и агрессии минерализованными водами и может быть использовано в нефтегазовой промышленности.

Известны облегченные тампонажные р.астворы, содержащие вяжущее, легкий наполнитель и воду 1.,

Однако они не являются температу-, ро- и коррозионностойкими, имеют довольно высокую плотность ( не ниже кг/м) , сравнительно низкие седиментационную стабильность и прочность камня, высокую проницаемость и узкий температурный интервал применения 20-90°С.

Наиболее близким к предлагаемому по составу и технической сущности является супероблегченный пеноцементный тампоиажный раствор, состоящий

ИЗ,мас.%: минеральное вяжущее 53-35; наполнитель 12-16; пенообразователь жидкий эмульгатор 0,05-1,5, твердый эмульгатор 0,005-0,5; кальмататор пор - кремний - органимеское : полимерное соединение; О ,05-f, О; воздух 0,10,5 и калий-щелочная жидкость затворения (остальное до 100), являющаяся одновременно и регулятором пено- и структурообразования 2.

Известный раствор при плотности 800-1бОО кг/м обеспечивает качественное цементирование в интервале температур (+5) -(-ЮУс. Однако часто возникает необходимость цементирования промежуточных и эксплуатационных колонн при температурах 30-1бО°С в условиях аномально низких пластовых давлений, интенсивных поглощений и агрессии минерализованными водами, для чего указанный известный раствор непригоден.

Целью изобретения является обеспечение использования раствора в ин392тервале температур 0 60°С в условиях солевой агрессии. ykaaaKHaH цель достигается тем, что в качестве вяжущего раствор содержит тампонажный цемент или тампонажную смесь для горячих , в качестве жидкости затворения - минерализованную хлормагниевуго воду или минерализованный буровой раствор, в качестве )кидкого эмульгатора - суль- to фонол илижидкие мыла, или термостойкие ПАВ типа поли метил енсульфометиленфенолят натрия, в качестве твердого эмульгатора - глинопорошок. или высокодисперсные препараты кремнезема}в качестве кольмататора пор к азеиновый порошок или натриевое жид кое стекло, а в качестве регулятора пено- и структурообразования - едкий натр или едкое кали при следущем соотношении ингредиентов, масс.ч.: Вяжущее 100,0 Жидкость .затворе. ния.45-70 Жидкий эмульгатор . 0,5-2,5 Твердый эмуль- , гатор2,5-12,5 Кольмататор пор 1,0-3,5 Регулятор пенои структурообразования 0,25-2,5 Воздух 0,015-0 В этом тампонажном растворе затворе|Чие вяжущего минерализованной жидкостью затворения обеспечивает возможность -его применения при бурении на солевые и подсолевые отложения и при агрессии минерализованными пластовыми водами, данная солевая среда не является агрессивной для це ментного камня, так как наиболее опа ная в этом отношении соль MgCl нейт рализуется вводимым NaOH и выплдает в осадок в виде геля брусйта МдСОН) что способствует до пол ни т ель ной кдТП матации пор и снижению проницаемости пеноцементного камня. Жидкий эмульгатор обеспечивает вспенивание цементной суспензии с образо1ванием в массе дисперсных и устойчивых пузырь ков воздуха.. Хорошей вспениваёмости и дисперсности пузырьков способствует также ,КаОН, смягчающий минерализо ,ванную жидкость затворения. Твердый эмульгатор, в качестве которого могу применяться глинопорошки и высокодисперсные препараты кремнезема является стабилизатором пузырьков, рас 3 полагаясь на их поверхности, где уже находится тонкий слой пенообразователя, у которого полярные радикалы ОН-, Ca,Art f др. направлены наружу пузырька. Это обеспечивает физи ко- химическое, взаимодействие с ионами и комплексными группами стабилизатора и образование в результате этого защитного для поверхности пузырька слоя с двойной сандвичевого типа оболочкой, что делает пузырьки пеноцементного раствора термобаростабильными.Кольмататор пор,в качестве которого используется обладающий высокой клеющей способностью казеино-i вый порошок или натриевое жидкое стекло, обеспечивает зарастание со временем крупных пор между пузырьками воздуха в камне, что ведет к снижению .его проницаемости в целом...Раствори мый в воде казеинат натрия со временем переходит в. нерастворимый казеинат кальция, который выпадает в осадок и колматирует поры, в случае применения товарного натриевого жидкого стекла Na-2.0 И Si02 (силикатный модуль И 2-3,5) „И плотности р г,-а 1350-1500 кг/м при его взаимодействии с радикалом COf образуется . , упрочняющий цементный камень, и гель кремнезема, который кольматирует поры. : , Едкий натр или едкое кали способствует пенообразованию (увеличивает кратность, дисперсность и стабульность пены) и регулирует кинетику структурообразования (время ОЗЦ). Приготовление раствора осуществляется с использованием обычной техники и технологии цементирования скважин. Вначале в емкостях цементировочных агрегатов приготавливают расчетное количество жидкости .затворения, затем в емкости дополнительного цементировочного агрегата в приготовленной жидкости затворения растворяют расчетное количество жидкого эмульгатора. Приготовление пеноцементного растiBOpa происходит в обвязке блок-манифольда БМ-7()0 при соударении струй ИСХОДНОГО цементного раствора, возду- ха от компрессора буровой, УКП-8С и T.n. и жидкости затворения с пенообразователем, В табл. 1 (составы 1-4) и табл. 2 (составы 5-8) приведены составы и важнейшие технологические свойства исследованных пеноцементных растворов. В табл. ЗДсоставы 1-2), табл.. Лсоставы -Ij), табл. 5 (составы 5-б) табл. 6 (составы )показаны свойства раствора и камня на его основе. В табл . 7 дан химический состав хлормагниевой воды Каспийского моря. Полученные при оптимальных соотношениях ингредиентов тампонажные растворы при плотности 800-1600 кг/м им ют большую прочность, чем известные облегченные растворы. Прочность камня при изгибе через двое сут.составляет 1,21-1,65 МПа, через двадцать восемь сут, - 2,,42 НПа. Водопроницаемость камня через двое суток составляет 1,8 миллидарси, через двадцать восемь сут. - порядка 0, миллидарси. Камень пеноцемента данного состава является термо- и коррозионностойким:. Т изгиба через 180 су1 i пл-1 ic G-изгиба через 28 сут У 1,1Ь где К - коэффициент термо-коррозионностойкости, твердение при 90., 120 и 1бО С .в одноименно минерализованной жидугости. Опытно-промышленные испытания пен цементного раствора при цементировании мм промежуточной колонны в СКВ. 801 пл. Барса-Гельмес Небит-Даг кого УБР объединения Туркменнефть показали, что его применение позволя ет избежать характерных для данного региона осложнений, связанных, с инте сивным поглощением раствора, слабыми пластами, и повысить качество.цементирования скважин. На кривых ОЦК и АКЦ зафиксировано отличное качество сцепления пеноцементного камня с колонной и.породой, чего обычнодля да ного района бурения не наблюдалось. Применение дешевых, недефицитных и серийно выпускаемых компонентов в сочетании с простотой приготовления с использованием существукхцей техники и технологии цементирования скважин и стандартного оборудования буровой позволяют считать данный супероблегченный пеноцементный танпонажный раствор для цементирования .горячихскважин весьма перспективным. В качестве вяжущего можно использовать любой тампонажный цемент или тампонажную смесь для указанных температур. В качестве жидкости затворения используется хлормагниевая мо1эская вода или высокоминерализованный буровой раствор.. В качестве жидкого эмульгатора можно использовать синтетические моющие средства, анионоактианые и неионогенные пенообразователи, термостой-. кие ПАВ, например, полиметиленсульфометиленфенолят натрия ВРП-31 с температурой разложения 320С. Пав дополнительно повышает коррозионную стоит кость камня при наличии солевой агрессии . В качестве твердого эмульгатора можно использовать порошки различных глин или высокодисперсные окислы кремнезема (природные или синтетические) . В качестве кольмататора пор используются порошки казеина или товарное жидкое стекло. В качестве регулятора используются щелочи едкий натрий или едкое кали. Количество воздуха берется.в расчете на получение степени аэрации исхрдного цементного раствора 8-10 и выше. Т а б л и ц а 1

927973 . 8

Продолжение тйбл. Т

екая глина товая глина

0,03 Свойства Оптимальный Большая состав подвим927973 .10

Продолжение табл.2

0,025

0,025 0,02 ность,увеличенныесроки схватывания, пониженнаяпрочность -.

Таблица .3 Сроки Сроки Схвасхваты тывания, вания,по-понижвнная ниженная прочность прочность ,.

CO

M

-

О

«v%

M

-, . r-CM

о

CM

I

о

о о t

iri

oo

T

oo

C4 vO

vO

r

ГГЧ

CM

r CM

.Ло

-3CM

I

CM

о

о

CM

ем

Cs

-3Оо

oo

CM

-3vO

vO

vO

CD LA

V4

vD OJ

OO vO

о

о го I

CM

I

r

-aITv

JO

о о I

о c

о

CM I

I

го

,

Lf4

CM

oo

CM

vO

о

CM

СЭ

ГЛ

CM

in oo

чО

CM

CM

СЧ

о

i-n

о

-3CM

in

I

I

in

о

in in

CM

-3- I

---,-,-о

о см

о о см

о чО

Jк«S

о ем

4 С5

1Л о

t- см ел Tf

о

Osl

сЬ

f

ил

ил о

1Г

о чО

ил

о о

оо г

1Ло

J3-о

II

ил-ао сэ о см чО о -- см

оо

см

-аID

лем

0

:

г- см

см S

q

o

го

чО

г см

м

о

о

Jсм см см

S ,f.

I .|-jLA

4JI

. I il

co

о.

ем

о

k

(М

CM

(М

о 1-асч m

о

M

о . U4

о

ем о «-

I

ем

ем -

о ем е

1Л

; I 1 I

О О о

ем чо о г- - ем

15

6,5 60.35 3281 381 893 9 Ю k28k

1000,95, . Формула изобретения Супероблегченный пеноцементный тампонажный раствор, содержащий вяжущее жидкость затворения, жидкий .и твердый эмульгаторы, кольмататбр) hop, регулятор пено- и структурообраз вания и воздух, отличающийся тем, что, с целью обеспечения использования раствора в интервале температур 30-160 С в условиях солевой агрес сии, в качестве вяжущего раствор содержит тампонажный цемент или тампонажную смесь для горячих скважин, в качестве жидкости затворения - минерализованную хлормагниевую воду или минерализованный буровой раствор, в качестве жидкого эмульгатора - сульфонол или жидкие.мыла, или термостойкие ПАВ типа полиметилсульфометилеифенолят натрия, в качестве твердого эмульгатора - глинопорошок или высокодисперсные препараты кремнезема, в качестве коЛьмататора пор - казеиновый порошок ИЛИ натриевое жидкое стек

927973

16 Таблица 7 уЮ, а в качестве регулятора пенои структурообразования - едкий натр или едкое кали при следующем соотношении ингредиентов, мае.ч.: Вяжущее100 Жидкость затворения 45-70Жидкий эмульгатор 0,5-2,5 Твердый эмульга-. 2,542,5 тор 1,0-3,5 Кольмататор пор Регулятор пенои структурооб0,25-2,50 разования 0,015-0,100 Воздух Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.ДaнюoJeвcкий B.C. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам. М., Недра, 1973, с.6887. 2.Авторское свидетельство СССР № 72630S, кл. Е 21 В 33/138, 1977 (прототип)о