Облегченный тампонажный материал Советский патент 1982 года по МПК E21B33/138 

1

Изобретение относится к бурению, а именно, к составам для крепления нефтяных и газовых скважин.

Для цементирования высокотемпературных нефтяных и газовых скважин, в разрезе которых встречаются пласты с низкими градиентами давления разрыва, аномальнр низкими пластовыми давлениями, и т. п., необходимо применять облегченные тампонажные мате- JQ риалы.

Для этих целей известны тампонажные цементы, состоящие из тампонажного портландцемента и облегчающей добавки, в качестве которой могут быть is использованы, в вес.%: Бентонитовый глинопорошок5-15

Диатомит20-50

Трепел, опока 30-70 20 Добавки вулканического происхождения (вспученный перлит, вулканический пепел,:, туфы) 5-20

Карбонатные добавки

(известняк, мел) До 50 Сг.

Общим недостатком указанных тампонажных материалов является их малая прочность, высокая проницаемость, которая обусловлена большим водосодержанием цементных растворов, за счет которого и достигается снижение плотности.

Известны облегченные тампонажные материалы (растворы), имеющие при .равной плотности значительно меньшее водосодержание, содержащие в качестве облегчающей добавки газонаполненные капсулы - полимерные микробаллоны. Тампонажные растворы с этими добавками в силу значительно меньшего водосодержания имеют при равной плотности значительно большую прочность 2.

Их недостаток - низкая прочность оболочек газонаполненных капсул. Они не выдерживают высокого гидравлического давления и лопаются, в результате чего плотность цементного раствоpa резко повышается и он быстро загустевает. Кроме того они имеют низкую седиментационную устойчивость и для предотвращения всплывания капсул в состав раствора вводятся специальные структурирующие добавки, например, в виде бентонита. Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является облегченный тампонажный материал с гранулами вспученного аргиллито вого песка в качестве облегчающей добавки 3J. Известный тампонажный материал имеет такой состав: в вес. Вяжущее вещество портландцемент50 Облегчающая добавка в виде пористых обожженных глиняных гранул вспученный аргиллитовый песок S Стабилизирующая добавка - бентонитовая глина5 Гранулы вспученного аргиллитового песка имеют значительно большую прочность и выдерживают гидравлическое давление выше 100 мПа, и такие тампо нажные материалы можно применять для цементирования глубоких скважин. Недостатком таких тампонажных материалов, содержащих аргиллитовый пе сок, как и у известных, является низ кая седиментационная устойчивость. Из-за избытка воды, которую необходи МО вводить в состав тампонажного мат риала для,обеспечения его подвижности, устойчивость раствора оказываетс недостаточной. В зависимости от вели чины кажущегося удельного веса грану вспученного аргиллита (он колеблется в пределах 0,9-2,2 зависимос ти от степени вспучивания и размера гранул), они либо всплывают, либо осаждаются из тампонажного раствора. Происходит также заметное водоотделе ние. Для устранения этого недостатка в тампонажный материал приходится вводить стабилизирующую добавку, например, в виде бентонитовой глины. Это усложняет процесс приготовления тампонажного материала и ухудшает такие его свойства, как прочность и термостойкость образующегося тампонажного камня. Цель изобретения - повышение проч ности и термостойкости образующегося из него камня. Указанная цель достигается тем, что облегченный тампонажный материал в качестве вяжущего вещества содержит обожженный твердый остаток содового производства при следующем соотноше- НИИ компонентов, в масс.-ё: Пористые обожженные глиняные гранулы 0-б5 Обожженный твердый остаток содового производства 35-60 Пределы содержания компонентов заданы с расчетом на гарантированное образование в процессе твердения при повышенных температурах низкоосновных гидросиликатов и гидроалюминатов кальция, чтобы к моменту завершения химических реакций не содержалось большого количества не вступившей в реакцию глинистой фазы. Таким образом, при содержании порисых обожженных глиняных гранул менее O% не может быть гарантировано поучение низкоосновных гидросиликатов и гидроалюминатов кальция. При содержании пористых обожженных глиняных гранул более б5 излишне большая часть их массы остается не вступившей в реакцию, что снижает прочность образующегося камня. Обожженный твердый остаток содового производства содержит в своем составе аморфизированный гидроксид кальция, образовавшийся в результате медленной гидратации на воздухе про-, дукта обжига оксида кальция. Такой гидроксид кальция обладает высокой удельной поверхностью и способностью к структурообразованию в водном растворе. Суспензия гидроксида кальция обладает высокой тиксотропией, что обеспечивает с одной стороны высокую подвижность тампонажного раствора на основе обожженного твердого остатка содового производства в процессе перемешивания и высокую седиментационную устойчивость в покое. В сочетании с пористыми обожженными глиняными гранулами обожженный твердый остаток содового производства образует систему с высокими вяжущими свойствами из-за реакций химического взаимодействия между гидроксидом кальция и другими высококальциевыми компонентами обожженного твердого остатка содового производства и кислыми алюмосиликатными веществами, содержащимися в продуктах обжига глинистых пород. Поэтому при затвердевинии тампонажный материал содержащий обожженный твердый остато содового произво ства и пористые обожженные глиняные гранулы, имеет повышенную прочность и термостойкост Для получения облегченного тампонажного материала, исходя из техноло гических требований, проверялись кон кретнме составы Тампонажного материа ла (табл. 1). Таблица Облегченный тампонажный материал получают смешением тонкоизмельченного обожженного твердого остатка содо вого производства с пористыми обожженными глиняными гранулами, размер которых выбирают от требуемого сниже ния плотности Тампонажного раствора: чем мельче гранулы, тем ниже их облегчающая способность. Затем смесь известным способом затворяют водой. Полученные тампонажные материалы имеют технологические параметры, представленные в тйбл. 2. Рекомендуемая температурная область применения данного облегченного Тампонажного материала - глубокие скважины с температурой в интервале цементирования выше . Облегченный тампонажный материал имеет хорошие технико-экономические характеристики, так как имеет высокую прочность и термостойкость, а также в его составе используются недорогие, недифицитные материалы (обожженный твердыйсстаток содового производства готовится на базе промышленных отходов, не теряет своих свойств при хранении, не слеживается, хорошо смешивается с водой при затвердении). Дополнительным преимуществом данной композиции, по сравнению с известной является меньшая разница в плотности между вяжущим веществом (обожженным твердым остатком содового производства) И пористыми обожженными глиняными гранулами, что обеспечивает сохранение равномерности распределения гранул по объему раствора. Таблица 2

65

65

65

65

65

65

65

Формула изобретениячающийся тем, что, с целью

Облегченный тампонажный материал,55 повышения прочности и термостойкости включающий вяжущее вещество и облег- образующегося из него камня, в качающую добавку в виде пористых обож- честве вяжущего вещества содержит женных глиняных гранул, о т л и - обожженный твердый остаток содового

Продолжение табл. 2

9 gitgiss10

производства при следующем соотноше-2. Каримов Н. X. и др. Тампонажные

НИИ компонентов, масД:смеси для скважин с аномальными пласПористые обожженныетовыми давлениями. М., Недра, 1977,

глиняные гранулы 40-65с. (

Обожженный твердый.5

остаток содового3- Перенглиев А. Б. и Какаджапроизводства 35-60нов Г. В. Новые облегченные термо- и

Источники информации,коррозионностойкие тампонажные смепринятые во внимание при экспертизеси. - Вопросы развития неф тегазодо1. Данюшевский В. С. Проектирова-Ю бывающей промышленности. Туркмениние оптимальных составов тампонажныхстан, Ашхабад., ПО Туркменнефть,

цементов.М.,Недра, 1978,с.55-61,197t, с. 58-61 (прототип).