Тампонажный раствор

Тампонажный раствор

Реферат

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности к области ремонта и ликвидации скважин в условиях соленосных отложений с присутствием сероводорода, а именно при креплении обсадных колонн, установки отсекающих мостов и создании флюидоупорных изоляционных покрышек, в том числе в интервале хемогенных отложений, вскрывших пласты с АВПД и наличием агрессивных компонентов H₂S и CO₂.

Известна тампонажная смесь по А.С. SU 692982, включающая вяжущее - гипсоглиноземистый цемент, водный раствор хлористого кальция (плотность 1,06-1,10 г/см³), полимерную добавку - гипан при следующем соотношении компонентов, вес.%: гипсоглиноземистый цемент 41-51, водный раствор хлористого кальция (плотность 1,06-1,10 г/см³) - 21-26, гипан - 38-23.

Данная тампонажная смесь имеет следующие недостатки:

- узкая область применения, обусловленная нестабильностью коагуляции гипана при смешении с водным раствором хлористого кальция;

- невысокая эффективность и надежность изоляционных и ремонтных работ из-за слабой текучести, фильтруемости в пустоты, каналы, трещины и невысокой плотности.

Наиболее близким к предлагаемому решению является тампонажный раствор по патенту RU №2299230, содержащий Микродур-261R-X, хлористый кальций, сульфат алюминия, нитрилотриметиленфосфоновую кислоту НТФ, воду при следующем соотношении компонентов, вес.%: Микродур-261R-X - 10-30, хлористый кальций - 20-50, сульфат алюминия - 0,5-3,0, нитрилотриметиленфосфоновая кислота НТФ - 0,0-0,2, вода - остальное.

Данный тампонажный раствор имеет следующие недостатки:

- узкая область применения из-за нетехнологичности в использовании, обусловленная невысокой плотностью (1,4-1,5 г/см³) тампонажного раствора, что делает ограниченным его использование при строительстве, ремонте или ликвидации скважины, где устанавливаются изоляционные мосты и флюидоупорные экраны, т.к. технические условия требуют применения тампонажных растворов, близких по плотности окружающим породам, в том числе и солевым отложениям;

- невозможность обработок соляной кислотой при циклических операциях в стволе скважины или продуктивном горизонте.

Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение технологических возможностей тампонажного раствора и области его применения путем повышения плотности смеси с одновременным повышением флюидоупорности и долговечности тампонажного камня в условиях проявлений сероводорода, а также в условиях проведения возвращаемых работ, связанных с обработками ствола скважины соляной кислотой.

Данный технический результат направлен на создание доломитизированного тампонажного раствора с высокой устойчивостью к разрушению сформированного из тампонажного раствора камня при контакте с водой, придания ему свойств соле-, серо-, водородостойкого элемента, обладающего низкой газопроницаемостью и не имеющего трещин и флюидопроявляющих каналов.

Техническая задача решается тем, что доломитизированный тампонажный раствор содержит Микродур, хлористый кальций, НТФ, воду, карбонат калия, хлористый барий, хлористый магний, суперпластификатор С-3 при следующих соотношениях компонентов, масс.%:

Хлорид кальция CaCl2	4,01-2,93
Хлорид бария BaCl2	7,52-5,52
Хлорид магния MgCl2·6Н2O
(плотностью 1,32 г/см3)	8,69-6,37
Карбонат калия K2CO3	15,05-11,04
Вода	49,65-36,42
Микродур	14,54-37,32
Суперпластификатор С-3	0,36-0,27
НТФ	0,18-0,13

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в долотомитизированном тампонажном растворе используются компоненты активных «сильных» соляной и кремневой кислот - хлористый барий, хлористый магний, карбонат калия, суперпластификатор С-3, что позволяет придать ему водо-, солее-, сероводородостойкие свойства и получить седиментационно-устойчивую систему высокой плотности, близкую плотности окружающих солевых пород с дальнейшим формированием солесероводородостойкого камня с неизменяемым объемом в течение длительного времени. Это позволит надежно цементировать обсадные колонны и устанавливать отсекающие мосты, флюидонепроницаемые покрышки и экраны в скважинах с проявлениями сероводорода, рапы. Наличие карбонатных соединений в рецептуре позволяет проводить циклические работы с привлечением солянокислотных обработок.

Долотомитизированный тампонажный раствор в качестве регулятора технологических свойств содержит суперпластификатор С-3 в количестве 0,36-0,27 масс.% и НТФ - 0,18-0,13 масс.%. Добавка суперпластификатора С-3 в смесь менее 0,27 масс.% снижает прокачиваемость смеси, а увеличение добавки более 0,36 масс.% приводит к расслоению смеси. Добавка НТФ в смесь менее 0,13 масс.% приводит к преждевременному схватыванию смеси, а увеличение добавки более 0,18 масс.% - к длительному несхватыванию, что в пластовых условиях может привести к размыву смеси.

Долотомитизированный тампонажный раствор в качестве утяжелителя содержит хлорид бария в количестве 7,52-5,52 масс.%. Добавка хлорида бария в смесь позволяет поднять плотность смеси до 1,7 г/см³. Добавка утяжелителя в смесь менее 5,52 масс.% снижает плотность, а увеличение добавки более 7,52 масс.% загущает тампонажный раствор.

Долотомитизированный тампонажный раствор в качестве компонента, образующего нерастворимый молекулярный известняк, содержит хлорид кальция в количестве 4,01-2,93 масс.%. Добавка хлорида кальция в смесь позволяет образовывать сероводородостойкий уплотнительный компонент минерального доломита. Добавка хлорида кальция в смесь менее 2,93 масс.% снижает образование известняка, а увеличение добавки более 4,01 масс.% сокращает схватывание тампонажного раствора.

Долотомитизированный тампонажный раствор в качестве компонента, образующего нерастворимый молекулярный магнезит, содержит хлорид магния в количестве 8,69-6,37 масс.%. Добавка хлорида магния в смесь позволяет образовывать сероводородостойкий уплотнительный компонент минерального доломита. Добавка хлорида магния в смесь менее 6,37 масс.% снижает прочность доломита, а увеличение добавки более 8,69 масс.% приводит к образованию трещин в доломите.

Долотомитизированный тампонажный раствор в качестве преобразователя хлоридных солей содержит карбонат калия в количестве 15,05-11,04 масс.%. Добавка карбоната калия в смесь позволяет в процессе химической реакции преобразовывать хлоридные соли в карбонатные соединения. Добавка карбоната калия в смесь менее 11,04 масс.% снижает образование доломита, а увеличение добавки более 15,05 масс.% приводит к загустеванию тампонажного состава.

Долотомитизированный тампонажный раствор в качестве структурообразователя содержит тонкодисперсное вяжущее «Микродур» 14,54-37,32 масс.%. Добавка «Микродура» в смесь менее 14,54 масс.% не позволяет получить прочного камня, а увеличение добавки более 37,32 масс.% снижает ее прокачиваемость.

Вяжущее «Микродур» производится посредством воздушной сепарации пыли, образующейся при помоле цементного клинкера, технология его изготовления разработана и освоена специалистами фирмы «INTRA -BAVGmbH» совместно со специалистами концерна «Dyckerhoff» и защищена Европейским патентом. Диаметр зерен «Микродур» в 6-10 раз и более меньше частиц портландцемента. Благодаря малому размеру частиц (диаметр зерен ≤2-6 мкм), высокой удельной поверхности (20000-25000 см²/г) и технологично подобранному гранулометрическому составу растворы «Микродур» обладают текучестью, сравнимой с текучестью воды, даже при минимальном количестве жидкости затворения, что позволяет суспензии «Микродура» глубоко проникать в низкопроницаемую горную породу. Использование тонкодисперсного вяжущего «Микродур» позволяет в большем объеме связать воду затворения, уплотнить структуру камня, обеспечить его повышенную флюидоупорность и долговечность. Это обусловлено тем, что тонкодисперсное вяжущее способно связывать воду во много раз больше, так как водотвердое отношение может достигать 3,0-5,0 при удельной поверхности 20 000-25 000 см²/г против 0,3-0,5 обычных тампонажных цементов, имеющих удельную поверхность 2500-3500 см²/г.

В промысловых условиях доломитизированный тампонажный раствор готовят следующим способом.

В осреднительную машину типа АСМ-25 или УСО-20 набирают необходимое количество воды, в которой растворяют расчетное количество суперпластификатора С-3 и замедлителя НТФ. После чего при постоянном перемешивании в данную осреднительную емкость добавляют хлорид кальция, хлорид магния (бишофит), хлорид бария, карбонат калия, а затем с помощью цементовозов или смесительных машин добавляют вяжущее - Микродур до необходимой плотности тампонажного раствора. Затем раствор закачивают в скважину.

Определение основных свойств раствора и камня проводят в лаборатории в соответствии с ГОСТ 1581-96. «Цементы тампонажные» и ГОСТ 26798.1-96. «Методы испытаний».

Плотность, растекаемость, водоотделение раствора определяют при 25°C и атмосферном давлении. Для условий умеренных температур загустевание раствора определяют при 75°C и атмосферном давлении. Для условий АВПД - при режиме температуры до 90°C.

Растекаемость определяют по конусу АзНИИ, плотность пикнометром, водоотделение в мерном цилиндре, время загустевания на консистометрах ZM-1002 и КЦ-3. Прочность тампонажного камня на сжатие на испытательном стенде CHANDLER (Модель 4207D), газопроницаемость на приборе GFS-830-SS - CHANDLER.

При проведении лабораторных исследований были использованы:

- водопроводная вода;

- высоководопотребное тонкомолотое вяжущее (Микродур 261R-X);

- суперпластификатор С-3;

- нитрилотриметиленфосфоновая кислота - НТФ;

- хлорид кальция;

- хлорид бария;

- хлорид магния (бишофит);

- карбонат калия.

Пример

Для приготовления доломитизированного тампонажного раствора (состав 6, табл.1) в рассол бишофита плотностью 1,32 г/см³, весом 6,83 масс.% (239 г), последовательно перемешивая, добавляют 39,07 масс.% (1366 г) воды, 0,14 масс.% (5 г) НТФ, 0,29 масс.% (10 г) суперпластификатора С-3, 3,15 масс.% (110 г) хлористого кальция, 5,92 масс.% (207 г) хлористого бария, 11,84 масс.% (414 г) карбоната калия и 32,76 масс.% (1200 г) Микродура. Состав перемешивают 3 мин, после чего определяют плотность, растекаемость, прокачиваемость при температуре 25°C и атмосферном давлении.

При повторном приготовлении заливают формы для формирования образцов при испытании на прочность через 72 часа твердения, при испытании на проницаемость через 5 суток твердения.

Доломитизированный тампонажный раствор предлагаемого состава с содержанием указанных компонентов в заявляемых пределах обладает повышенной плотностью (1,65 г/см³), нормативным значением растекаемости (200 мм) (см. состав 6, таблица 1), временем прокачиваемости 4-00 часа и прочностью на сжатие 6,2 МПа через 3 суток твердения при температуре 25°C.

Применение предлагаемого долотомитированного тампонажного раствора позволит:

- расширить технологические возможности тампонажного раствора и область его применения за счет повышенной плотности, обеспечивающей необходимое давление, аналогичное горному, и растекаемости смеси, обеспечивающей повышенную подвижность смеси в начальный период;

- повысить эффективность и надежность проводимых изоляционных и ремонтных работ за счет повышенной флюидоупорности, водо-, соле-, сероводородостойкости и долговечности получаемого тампонажного камня.

Экономический эффект от использования заявляемого долотомитированного тампонажного раствора будет определяться снижением межремонтного периода и увеличением срока службы тампонажной смеси.

Таблица 1
Состав и свойства тампонажных смесей
№п/ п	Состав рецептуры, масс.%	Плотность, г/см	Растекаемость, см	Прокачиваемость, ч-мин.	Условия испытаний	Прочность на сжатие через 3 сут, МПа	Проницаемость через 5 сут, мкм2
Хлорид кальция CaCl2, γ=2,51 г/см3	Хлорид бария BaCl2, γ=3,92 г/см3	Хлорид магния (бишофит) MgCl2·6H2O, γ=1,32 г/сь3	Карбонат калия K2CO3, γ=2,43 г/см3	Вода	Микродур, γ=3,15 г/см3	Суперпластификатор С-3, γ=1,8 г/см3	НТФ, γ=1,8 г/см3	Температура,°C	Давление, МПа
1	4,23	7,92	9,15	15,85	52,32	9,96	0,38	0,19	1,35	>25	>12-00	25	атм	не схв.	-
2	4,01	7,52	8,69	15,05	49,65	14,54	0,36	0,18	1,41	>25	10-00	25	атм	2,0	>0,005
3	3,79	7,12	8,23	14,25	46,98	19,12	0,34	0,17	1,47	>25	8-30	25	атм	4,5	>0,005
4	3,58	6,72	7,76	13,45	44,32	23,69	0,32	0,16	1,53	25	6-40	25	атм	5,2	>0,005
5	3,36	6,32	7,30	12,64	41,65	28,27	0,31	0,15	1,59	22	5-30	25	атм	5,8	>0,005
6	3,15	5,92	6,83	11,84	39,07	32,76	0,29	0,14	1,65	20	4-00	25	атм	6,2	>0,005
7	2,93	5,52	6,37	11,04	36,42	37,32	0,27	0,13	1,71	18	2-30	25	атм	6,9	>0,005
8	2,71	5,12	5,91	10,24	33,66	41,99	0,25	0,12	1,77	15	1-00	25	атм	7,5	-
Прототип, масс.% (патент №2299230)
9	29,9	-	-	-	37,9	30,0	-	0,1	1,49	22	13-00	24	атм	-	-

Тампонажный раствор, образующий доломитизированный камень и включающий Микродур, хлористый кальций, нитрилтриметиленфосфоновую кислоту - НТФ плотностью 1,8 г/см³, воду, карбонат калия, хлористый барий, рассол хлористого магния - бишофит плотностью 1,32 г/см³, суперпластификатор С-3 при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Хлористый кальций	2,93-4,01
Хлористый барий	5,52-7,52
Указанный рассол хлористого магния	6,37-8,69
Карбонат калия	11,04-15,05
Вода	36,42-49,65
Микродур	14,54-37,32
Суперпластификатор С-3	0,27-0,36
Указанная НТФ	0,13-0,18