Тампонажный раствор Советский патент 1983 года по МПК E21B33/138 

(54) ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР

Изобретение относнтся к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности, к тa moнaжным растворам с низкой водоотдачей, применяемым для цементирования скважин различного назначения с забойными геосгатическ1ши температурами до 200° С.

Известны тампонажные растворы, содержащие цемент, воду н различные добавки - понизители водоотдачи и стабилизаторы, в том числе такие как полиакриламид, метас и другие сополимеры полиакриловой кислоты 1.

Недостатками растворов являются: довольно высокая их водоотдача, низкая термостойкость полимеров (за исключением гипана) и малая эффективность их применения в минерализованных средах с высоким содержанием поливалентных катионов.

Наиболее близким к изобретению я яется тампонажный раствор, включающий цемент, воду, комплексную добавку, содержащую гипан и хромпик в количествах, соответственно 0,1-0,6% и 0,05-0,03% от массы цемента. Введение в состав тампонажного раствора хромпика способствует модификации молекул гипана за счет окислительно-восстановительных процессов. Это позволяет применять гипан в небольщих количествах без ухудшения свойств тампонажного раствора - камня, в том числе при использовании минерализованных сред 2.

Недостатком известного ртствора являетоявысокая водоотдача.

Целью изобретения является ошжение

to водоотда 1и тампонажного раствора.

Поставленная цель достигается 1ем, что тампонажный раствор дополнительно содержит сульфат железа н сульфат натрия при следующем

15 соотношении компонентов, мас.%:

Цемент68,6-65,42

Гипан0,07-0,21

Сульфат железа.0,03-0,07

Сульфат натрия0,34-1,40

20

ВодаОстальное

Технология приготовления тампонажного раствора не отличается от общепринятой и включает следующие операции. В пресной или минерализованной воде последовательно растворяются сульфаты натрия и железа, а затем гипан в заданных кон центрациях. На полученной жидкости затворя ют цемент известными способами. Так как все добавки, входящие в состав тампонажного раствора, хорошо растворимы в воде, то на приготовление жидкости затворения не требуется существенных затрат времени и средств. Сочетание сульфатов железа и натрия, как h хромпик в известном тампонажном растворе, играет роль модификатора макромо лекул гилана. Однако сущность и конечный результат модифицирования в обоих случаях различны. В данном случае при растворении сульфатов в воде сульфат-ионы связывают ионы железа в комплексы состава 1Fe(S04)agp- . При последующем введении гипана, представляющего собой сополимеры полиакрилата натрия, полиакриламида и полиакрилонитрила в соотношении 8:1:1, происходит реакция зам щения молекул воды (ад) и сульфат-ионов во внутренней сфере комплекса железа карГюксильными группами гипана.- В результате такого замещения образуются каиественно новые высокомрлекулярные хелатокомплексы или сшитые железом разветвленные и сетчаты полимеры структуры типа хСООМо-ff - н С- СИ /I СИ - С н - СИ v-cH-cw а Vr.r. COQ С)О . -СН -CHcL-CH-CHa-CH-... COON а на что указывает окрапшвание -растворов в сине-зеленый цвет. Введение в состав тампонажного раствора сульфата натрия обусловлено необходимостью закомплексовать с его помощью катионы Fe , тем самым защитить гипан от непосредственно го их коагулирующего дейсгвия, что выражается в отсутствии коагуляции гипана при введении последнего в раствор. Образующиеся полимерные хепатокомплексы устойчивь к действию поливалентных катионов, содержащихся как в исходной минерализованной воде, так и в продуктах гидратации цемента (гидроокиси А1, Са, Ре). Это обеспечивает вы сокую стабильность свойств тампонажного раствора при использовании различных типов цементов. Фильтрация такого раствора, (хздержащего добавку с разветвленной и сетчаюй структурой, протекает со значительным возрастанием фильтрационных сопротивлений (снижением водоотдачи) за счет кольматации пор и капилляров цементной суспензии, фильтраиионной корки и фильтра высокомолекулярными хелатокомплексами. Снижение водоот.;, дачи известных тампонажных растворов, содержащих гипан с несшитыми, линейными (макромолекулами, достигается преимущественно за счет увеличения вязкости : кидкости затворения, для чего концентрация гипана должна достигать больших значений. Результаты испытаний приведены в таблице. Как видно из таблицы, предлагаемый тампонажный раствор, содержащий небольш:ие количества гипана, характеризуется от единиц до десятков раз меньщей водоотдачей по сравнению с известными при хорошей подвижности. Наряду с низкой водоотдачей предлагаемый тампонажный раствор образует прочный газонепроницаемый камень. Изменяя содержание сульфата натрия в тампонажном растворе, можно регулировать сроки его схватывания. Повышенное содержание в жидкой фазе тампонажного раствора сульфат-ионов делает образующийся цементный камень стойким к коррозионному действию пластовых вод с сульфатной агрессией. Применение предлагаемого тампонажного раствора позволит значительно повысить качество цементирования скважин и продлить срок их службы за счет предупреждения или сведения к минимуму следующих отрицательных факторов: преждевременное загустевание раствора из-за отфильтровьтания его жидкой фазы в проницаемые пласты, загрязнение продуктивных пластов фильтратом тампонажного раствора, образование фильтрационных переточных каналов в твердеющем растворе - камне, коррозионное разрушение цементного камня в интервалах залегания пластовых вод с сульфатной агрессией. Только сокращение расхода гипаиа и замена дорогостоящего и дефицитного хромпика на недорогие и доступные сульфаты натрия и железа позволит получить экономический эффект в 20,7 руб. на каждую тонну обрабатываемого цемента.

растекаемость по конусу АзНИИ, см

20

относительная водоотдача за 30 мин, при

,0 МПа, %

31 Формула изобретения Тампонажный раствор, включающий цем воду и гнпан, отличающийся тем, что, с целью снижения водоотдачи, он дополнительно содержит сульфат железа и сульфат Натрия при следующем соотношени компонентов, мас.%: Цемент68,6-65,42 Гипан0,07-0,21

18

20

Нет

22

19

87

65

16

90 0,03-0,07 Сульфат железа 0,34-1,40 Сульфат натрня Остальное Вода Источники информации,, принятые во внимание при зкспертнзе 1.Шадрин Л. Н. Добавки с тампонажяым створом. М., ВНИИОЭНГ, 1970, с. 157. 2.Авторское свидетельство СССР № 179710, I. Е 21 В 33/138, 1966 (прототип).