Утяжеленный тампонажный раствор

Утяжеленный тампонажный раствор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к бурению. Цельпонижение водоотдачи и повышение седиментационной устойчивости. Раствор содержит компоненты в соотношении, мас.%: тампонажный цемент 100, вода 18-34, хлористый кальций 0,01-0,5, технический лигносульфонат 10,0-12,5; триксан 0,1-0,125; натр едкий 0,01-2.0. Добавки растворяют в воде, затем на ней затворяют цемент. Хлористый кальций стабилизирует раствор при относительно высоком содержании лигносульфоната. Натр едкий выполняет роль ускорителя , триксан снижает вспенивание. Раствор имеет плотность 1,93-1,30 г/см3 5 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 Е 21 В 33/138

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Q1 V (5л

0с, > (21) 4734976/03 (22) 03.07.89 (46) 23.06.91. Бюл. (Ф 23 (71) Северо-Кавказский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности (72) М.П.Дудко, В.10,3обс. Б,(D,Шелдыбаев и В.А.Воронкин (53) 622.245.42(088.8) (56) Булатов А И. Управление физико-химическими свойствами тампонажных систем,—

М.: Недра, 1976, с.223.

Булатов А.И. и др. Регулирование технологических показателей тампонажных растворов, — M,: Недра, 1988, с.114.

Изобретение относится к цементированию нефтяных и газовых скважин, в частности к тампонажным растворам для цементирования скважин с аномально высокими пластовыми давлениями (АВПД).

Цель изобретения — понижение водоотдачи и повышение седиментационной устойчивости раствора.

Утяжеленный тампонажный раствор с низкой водоотдачей содержит тампонажный цемент, воду, натр едкий, триксан. понизитель водоотдачи — лигносульфонат технический и структурообразователь— кальций хлористый при следующем соотношении компонентов, мас.ч,;

Тампонажный цемент 100

Вода 18 — 34

Натр едкий 0,01 — 2,0

Триксан 0,1 — 0,125,, ЯЛ„„16576 l6 А1 (54) УТЯЖЕ lEHHb(lil ТАМПОНАЖ(-(Ь(Й

РАСТВОР (57) Изобретение относится к бурению. Цель— понижение водоотдачи и повышение седиментационной устойчивости, Раствор содержит компоненты в соотношении, мас, : тампонажный цемент 100; вода 18-34; хлористый кальций 0,01 — 0,5; технический лигносульфонат 10,0-12.5; триксан 0,1 — 0,125; натр едкий 0,01 — 2.0. Добавки растворяют в воде, затем на ней затворяют цемент. Хлористый кальций стабилизирует раствор при относительно высоком содержании лигносульфоната, Натр едкий выполняет роль ускорителя, триксан снижает вспенивание, Раствор имеет плотность 1,93-1,30 г/см . 5 табл, 3

Технический лигносульфонат 10 — 12,5

Хлористый кальций 0,01 — 0,5.

Эффективность снижения водоотдачи тампонажных растворов при введении ЛСТ по сравнению с ССБ при одинаковых условиях испытания иллюстрируется табл,1. До дозировки в Зф, воздействие реагентов на водоотдачу примерно одинаковое. При добавке реагентов 37 и более наблюдается резкое различие в их воздействии, Водоотдача тампонажных растворов с ЛСТ становится меньше по сравнению с растворами с

ССБ в 17-21 раз. Еще большее преимущество ЛСТ по сравнению с ССБ проявляется при 80 С. В этом случае водоотдача растворов с ЛСТ меньше, чем с ССБ в 34 раза,.

В табл.2 приведены данные о седиментационном водоотделении утяжеленных тампонажных растворов из УШЦ1-120 при постоянном жидкост. о-цементном отноше1657616 нии 0,32 в зависимости от добавок ЛСТ, в который для предупреждения вспенивания растворов введен 1% триксана от массы добавки ЛСТ, Иэ данных табл.2 можно сделать вывод, что при дозировке ЛСТ более 0,5% седиментационное водоотделение резко увеличивается и превышет нормы (4%). установленные для утяжеленных портландцементов.

При добавлении 4 — 8% ССБ от массы цемента резко замедляется схватывание цементных растворов при температурах ниже 100 С, поэтому в известном тампонажном растворе вводится в качестве ускорителя кальций хлористый в количестве

1%, Одновременно установлено, что при этом на 20 — 30% увеличиваетс водоотдача, В табл,3 показано влияние кальция хлористого на седиментационное водоотделение и водоотдачу утяжеленных раствОрОв с

RCT и триксаном, приготовленых из УШЦ1120 с жидкостно-цементным отношением ,ЗЗ. Необходимо отметить, Т0 увеличение добавки кальция хлористого наряду со значительны.. повышением водоотдачи (на два р :дка) однонремe»íã т-к.:, : ре .,ко снижа:едимeнта«ионн;:е»>о,r,eëåíèå за счет интенсивного структуро. бразования, о чем свидетельствует снижение растекаемости растворов, В тампонан<ных растворах для высокотЕМПЕРатУРНЫХ СКВr..ÊÈH КаЛЬЦИй XËОРYiåòÛé используется не ка < известный ускоритель схватыва .ия, а как реагент, понижающий водоотделение, Для ускорения схватывания применяется натр едкий, vîòîðûé не снижает растекаемость тампонажного раствора, При этом оптимальная добавка кальция хлористого, сохраняющая высокую подвижность тампонажного раствора и снижающая седиментационное водоотделение, находится в пределах 0,01 — 0,5% от массы цемента.

Приготовление растворов осуществляют следующим образом

В зависимости от необходимой плотности тампонажных растворов и температурных условий их применения цементы смешивают между собой или используют в чистом виде, ЛСТ смешивают с триксаном.

В воде последовательно растворяют натр едкий, кальций хлористый, ЛСТ с триксэном.

После смешивания цемента с водой, содержащей реагенты, в течение 3 ми на лабораторной мешалке перемешивание продол: <ают еще 30 мин, т.е. в течение яре =ни Нс б

55 промысловых условиях. Составы тампонажн ы х растворов и ри в еде н ы в табл.4.

Затем раствор испытывают на консистометре. Время загустевания определяют при испытании раствора по двум режимам, имитирующим его движение в скважине при прямом цементировании потайных обсадных колонн в интервале 3500 — 5500 м, подвешиваемых на цементном камне. при забойных геостатических температурах 100 и 160 С, которым соответствуют динамические температуры 80 и 130 С.

При первом реж "ле, соответствующем геостатической температуре 100 С, тампонажный раствор перемешивают в консисто метре с подьемом температуры и давления в автоклаве с 20 до 80 С и с атмосферного до 50 МПа 40 мин. После чего температуру и давление не меняют в течение 45 мин.

Затем снижают температуру до 35 С и давление до атмосферного.

При втором режиме испытания пробы тампонажного раствора в консистометре перемешиваюг при плавном повышении температуры от 20 до 130 С (динамическая температура в самой нагретой зоне у иэа

1емен-ируемои колонны) и давления от ат мосферного до 100 МПа в течение 50 мин. а затем при г|остоянных температуре 130 С и давлении 100 МПа еще 50 мин. После чего выдерживают раствор в статическом состоянии при 130 Ñ и 100 МПа 15 мин. а затем перемешивание продолжаютдальше в течение 80 мин, но при снижении температуры до 500С, а давления до атмосферного.

Свойства утяжеленных тампонажных растворов с пониженнои водоотдачей приведены в табл.5.

Из данных, помещенных в табл.4 и 5, видно, что благодаря пластифицирующим свойствам ЛСТ утяжеленные растворы плотностью 1,95 — 1,97 г/см могут быть э получены из обычного портландцемента

ПЦТ вЂ” Д20, а из цемента УГЦ вЂ” 1 можно приготовить растворы плотностью 2,30 г/см, Растворы промежуточной плотности 2,15—

2,16 г/см получаются из смеси УЦà — 1 с з

П ЦТ вЂ” Д20.

В табл,5 показано, что добавка ЛСТ с триксаном (раствор 1) снижает водоотдачу в

14 раэ по сравнению с раствором без добавок (табл.1), Увеличение дозировки ЛСТ с триксаном (растворы 2 и 3) способствуют снижению водоотдачи в 4 — 5 раэ по сравнению с раствором 1. При этом водоотделение растворов 1 — 3 возрастает до 16 — 19%.

Довсльно быстрое начало схватывания г.,"< до,l.êèòåãü÷îå его окончание, можно

"><."с-., l бл.-: Одзря не .1657616

10,0-12,5

0,1-0,125

0.01-2,0 дению гидрофильного поверхностно-активного вещества(ЛСТ), выэывающегодва противоположных по своему действию эффекта — пептизационный и стабилизационный.

При определенном содержании в цементном растворе ЛСТ возможно преобладание пептиэационного эффекта. В таком случае резкое ускорение при весьма продолжительном его окончании начала схватывания вызывается преимущественно пептизацией алюминатных минералов. т.е, быстрым образованием в больших количествах трехкальциевого алюмината в виде коллоидной фазы, создающей рыхлую коагуляционную структуру. Этим и объясняется меньшая степень различия между началом и концом схватывания (растворы 11, 13 и 14) у смеси тампонажного портландцемента с цементом на шлаковой основе ШПЦС-120, содержащей меньшее количество алюминатных минералов по сравнению с портландцементом.

Введение в тампонажный раствор 4 кальция хлористого, хорошо известного ускорителя, не только не сокращает сроки схватывания, а наоборот, отодвигает их наступление примерно вчетверо. а окончание сроков схватывания вдвое, что вызывает необходимость добавки в качестве ускорителя натра едкого. Зато введение 0,5 мас.ч. кальция хлористого позволяет довести седиментационное водоотделение тампонажного раствора практически до нуля, При этом, как показано (табл.3), происходит некоторое увеличение водоотдачи раствора. хотя по абсолютному значению она весьма не велика и составляет 6,5 см за 30 мин, э

Введением в тампонажный раствор 5 (табл.5) в качестве понизителя водоотдачи

ЛСТ в количестве 10,1376 мас.ч., стабилизирующего реагента — кальция хлористого 0.5 мас.ч. и ускорителя процессов схватывания и твердения натра едкого можно получить седимемтационно устойчивый тампонажный раствор с весьма низкой водоотдачей

4.5 см за 30 мин, превращающийся через 2 сут в камень, превышающий по прочности камень иэ стандартных утяжеленных цементов в 3,5 раза.

В табл.5 показано, что такие же по седиментационной устойчивости тампонажные растворы с низкой водоотдачей и высокой прочностью образующегося камня, но с большей плотностью 2,15 г/см (раствор 7) и 2,30 г/см (раствор 9) могут быть

35 получены иэ смеси УЦà — 1 и ПЦТ вЂ” Д20 и чистого УЦГ-1.

Для геостатической температуры 160 С и соответствующей ей динамической температуре 130 С из-за недостаточной термостойкости описанные тампонажные растворы не пригодны, В таких условиях могут быть использованы тампонажные растворы. приготовленные из цементов на шлаковой основе или их смеси с портландцементом.

Следует отметить. что у тампонажных растворов с широким диапазоном плотностей 1.95 — 2,30 г/см водоотделение почти з отсутствует и водоотдача во всех случаях составляет 3.5 — 11,0 см эа 30 мин (табл.5, растворы 5, 7, 9. 14, 16 и 18).

Так как ЛСТ в тампонажных растворах одновременно с понижением водоотдачи замедляет их схватывание, то с понижением температуры применения, в определенной степени нейтралиэующей это его действие. необходимо увеличение содержания ЛСТ в растворах до 12,1770 мас.ч.. это также связано со снижением вредного влияния на водоотдачу добавок кальция хлористого и натра едкого.

Использование утяжеленного тампомажного раствора с низкой водоотдачей и повышенной седиментационной устойчивостью позволяет повысить качество цементирования и предотвратить гаэонефтепроявления, имеющие место при цементировании обсадных колонм и их секций. спущенных в отложения с аномально высокими пластовыми давлениями.

Формула изобретения

Утяжеленный тампонажный раствор, включающий тампонажмый цемент, воду, хлористый кальций и пониэитель водоотдачи, отл и ч а ю щи йс я тем, что, с целью понижения водоотдачи и повышения седиментационной устойчивости раствора, он дополнительно содержит иеногаситель— триксан и натр едкий, а в качестве пониэителя водоотдачи технический лигносульфонат при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Тампонажный цемент 100

Вода 18 — 34

Хлористый кальций 0.01-0,5

Технический лигносульфонат

Пеногаситель — триксан

Натр едкий

1657616

Таблица 1

Водоцементное отношеwe

Условия испытания

Добавки реагентов к

Водоотдача эа 30 мин, см емента массе

Температураа, С

Давление П е ре п ад над фильт- давлений, ом Mfla МПа

H8MMBH0вание

П р и м е ч а н и е. я тампонажных растворов, которые дегидратируют менее чем за

30 мин, для удобства сравнения приведена расчетная условная водоотдача.

Таблица 2

Таблица 3

ССБ

ЛСТ

ССБ

ЛСТ

ССБ

ЛСТ

ССБ

ЛСТ

ССБ

ЛСТ

ССБ

ЛСТ

1

2

3

4

8 8

0,5

0,35

0,35

0,35

0,35

0,35

0,35

0,35

0,35

0,35

0,35

0,,35"

0,35

22

22

22

22

22

22

22

22

22

22

22

0,5

0,5

0,5

0.5

0,5

0,5

0,5

0,5

0.5

0.5

0,5

33,3

333

0.5

0,5

0.5

0.5

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

5,0

5,0

273,0

149,0

151,0

123,0

116,0

105,0

6,0

101,0

4,8

42,0

2,2

146,0

1657616

Таблица 4

Вола емент

100

6.

12

10,1376

10,1376

34

34

34

34

0,50

0,50

0,1024

0,1024

0,1024

1,00

0.50

26

0,1024

0.50

1,00

0,1024

0,1024

0,0615

0,1024

0,50

0,01

2,00

2,00

26

9

30

12

0,1230

13

0,1000

0.50

0,01

14

1 ч

1r

0,1024

0,30

1,00

12,5000

12 1770

Раствор

ПЦТ вЂ” Д20

ПЦТ вЂ” Д20 пцт-дго

ПЦТ вЂ” Д20

ПЦТ вЂ” Д20

УЦà — 1 пцт — дго

УЦà — 1

ПЦТ-Д20

УЦГ-1

ПЦТ-Д20

УЦГ-1

ШПЦС вЂ” 120

ПЦТ-Д20

ШПЦС вЂ” 120

ПЦТ вЂ” Д20

ШПЦС вЂ” 120

П ЦТ-Д20

ШПЦС вЂ” 120

ПЦТ вЂ” Д20

ШПЦС-120

, ЦТ вЂ” Д20

Г1 ЦС вЂ” 120

ЦТ вЂ” Д20

ШЦ1-120

ЦТ-Д20

ШЦ1 — 120

ЦТ вЂ” Д20

Ж!.Л2 Я

10,1376

10,1376

10,1376

10,1376

6,0885

10,1376

12,1770

10,0000

10,1376

11,2500

12,1770

Таблица 5

1657616

Продолжение табл, 5

Составитель Л.Бестужева

Редактор Н.Бобкова Техред М.Моргентал Корректор Q.Крацова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1693 Тираж 368 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5