Тампонажный раствор пониженной плотности для крепления высокотемпературных нефтяных и газовых скважин

Тампонажный раствор пониженной плотности для крепления высокотемпературных нефтяных и газовых скважин

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е (, > 903560

ИЗОБРЕТЕН Ия

Сотоз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 111 079 (21) 2844323/22-03 с присоединением заявки М(23) Приоритет (51)М. Кл.

Е 21 В 33/138

Ввудврствшшых квнктет

СССР ав делан кзабрвтаккк к отхрыткй (5З) УЙК 622. 245. . 42(088. 8) Опубликовано 07. 02. 82, Бюллетень М 5

Дата опубликования описания 07,02.82 (72) Авторы изобретения

С.М.Баш, А.М.Панов, И,И.Климашкин и У.Д.Мамаджанов м vi ъ* Ф -." следовательский у ЦЗНЧЭ

Пнрю}щдфФчюи . щ а

Среднеазиатский государственный научно-и и проектный институт нефтяной промышленн и Среднеазиатский научно-исследовательск природного газа (71) заявители (54) ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР ПОНИЖЕННОЙ ПЛОТНОСТИ

ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ НЕФТЯНЫХ

И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН

Изобретение относится к креплейию нефтяных и газовых скважин, а именно к составам облегченного цементного раствора на основе легкого промышленного шлака, гидратационно активного наполнителя и добавки - стабили- затора и ускорителя схватывания и твердения для тампонажных работ высо. котемпературных скважин.

Известны облегченные тампонажные составы на основе цемента, наполнителей и добавок, используемые для ра- . зобщения пластов f 13.

Наиболее близким к изобретению по составу является тампонажный раствор пониженной плотности для высокотемпературных скважин 2), содержащий в качестве основы вяжущееле гкие шлаки, а в качест ве. облегчающей догавки - маргелистые породы с содержанием 254 карбонатов, при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:

Легкие шалаки 100

Маргелистые породы 5-40

Вода 58-65

Однако такой состав.не позволяет получить тампонажный раствор с плотностью менее 1,5 г/см .

Целью изобретения является снижение плотности тампонажного раствора.

Указанная цель достигается тем, что в качестве вяжущего тамо раствор содержит феррохромовый шлак„ а в качестве добавки - керамзитовую пыль и алюминат натрия при следующем соотноешнии компонентов, вес.ч.: . Феррохромовый шлак 100

Керамзитовая пыль 14-31

Алюминат натрия 1,5-2,9

Вода 15 197

Достигаемая плотность раствора

1,22-1,44 г/см, а высокая термоста3 бильность позволяет его применять при

903560

120-150 С и выше. Низкая плотность такого раствора достигается эа счет низких плотностей самого основного вяжущего вещества -. феррохромового шлака (2,70 г/см ) и гидратациi онного активного наполнителя - керамзитовой пыли (2,50 г/см ). Высокая водопотребность смеси обуславливается большой загущающей способностью алюмината натрия (NaA10<.), а также большим расходом воды на смачивание высокодисперсной твердой фазы. Последнее вызвано тем, что феррохромовый шлак и керамзитовая пыль находятся в тонкодисперсном состоянии, и их удельная поверхность . доходит до 6000 см /r. Феррохромо-, вый шлак представляет собой. тонкодисперсную шлаковую пыль, образующуюся в результате расклинивающегося 24 действия двухкальциевого силиката в -форме при силикатном распаде, .например самораспавшийся шлак от производства рафинированного флюсового феррохрома. Такой шлак состоит почти на 1003 иэ кристаллической фазы характеризующейся. наибольшим содержа-. нием II-CgS 60-703, 10-203 в шлаке составляют шпинели, алюминаты кальция и магния, 5-153 - двухкальциевый 30 силикат в р-форме, остальное мервенит, рудное вещество и RO-фаза около 101.

По химическому составу основные металлургические шлаки с модулем ос- з новности более 1,5 характеризуются наиболь46 шйм количеством окиси кальция (4055ь). Содержание кремнезема в таких шлаках 20/554. На долю глинозема приходится 5-153 и окись магния до 10"6 ° феррохромовый шлак является от4% вальным закристаллизованным распав шимся шлаком черной металлургии, Керамэитовая пыль является отходом производства легкого вспученного заполнителя для бетона - керамэита.

Химический состав ее характеризуется следующими данными, 3: $И 40-60;

АЗОВО 15-10, СаО 10-20; ППП 1.0-15, Р1эО 2-4;МдО 2-5 SO 1-3 К О+

Na O 2-5.

Такая пыль гидратационно активна и при высокой температуре за счет присутствия кальция и магния, а так= же алюмосиликатного стекла проявля- . ет вяжущие свойства и может самостоятельно твердеть.

Алюминат натрия представляет собой соль слабой кислоты (НА10д) и сильного основания. Он является продуктом химической промышленности, а также побочным продуктом ряда производств, например в пищевой промышлен..ности. Кроме этого, алюминат натрия может быть получен химическим путем нагреванием в водной среде до

70 С гидроокиси алюминия и каустичесо кой соды при избытке последней. После нагревания до 70 С реакция протекает экзотермически с повышением температуры до 115 С. В результате образуется светло-желтая жидкость с плотностью 1,22- 1,42 гlсм, имеющая рН около 13. Наилучшие результаты по стабильности приготовленного продукта.алюмината натрия получаются при соотношении каустической соды и гид1роокиси алюминия (каустический мо1ЧаОИ дуль --- — --), равном 0,8, В этом

Al (ОН)в случае после 15-20-минутного кипения при 113 С получается 403-ный раствор алюмината натрия (NaA10<) с плотностью 1,415 г/смз.

Реакция идет по уравнению (ОН)з +ЛЧаОН = 2NaA10 +4HgO

Пример 1. Берут 100 г феррохромового шлака, 14 г керамэитовой пыли и 1,5 г алюмината натрия. При затворении смеси водой с учетом воды, вносимой раствором алюмината натрия с концентрацией 403, общее количество воды составляет 151 мл, а общее водосодержание смеси 1283. При этом растекаемость раствора на стандартном конусе АзНИИ 20 см, а плотность его

1,37 r/см . Сроки схватывания раст.вора при 140 С характеризуются следующими данными: начало - 2 ч, конец3 ч. Образующийся при твердении ка4 мень имеет механическую прочность после твердения при 140 С в течение су- . ток на изгиб 10 кгс/см, на сжатие

28 кгс/смэ.

Пример 2. Берут 100 г феррохромового шлака, 31 г керамзитовой пыли и 2,9 г алюмината натрия. При затворении смеси водой с учетом воды, вносимой раствором алюмината натрия с концентрацией 404, общее количество воды составляет 197 мл, а об9035 щее водосодержание смеси 1504, При этом растекаемость раствора на стандартном конусе АзНИИ 19 см, а плотность его 1,28 г/см . Сроки схватыва, ния раствора при 120 С характеризуют- s ся следующими данными: начало - 2 ч

30 мин, конец - 3 ч. Образующийся при твердении камень имеет механическую прочность после твердения при

120 С в течение суток на изгиб !

О

6 кгс/смэ, на сжатие 20 кгс/см

П р и и е р 3. Берут 100 г Феррохромового, шлака, 22,5 г керамзитовой пыли и 2,2 г алюмината натрия. При затворении смеси водой с учетом воды, 1э вносимой раствором алюмината натрия с концентрацией 40, общее количество воды 175 г, а общее водосодержание

1454. При этом растекаемость раствора на стандартном конусе 4эНИИ 20

22 см, а плотность его 1,33 г/см . о

Сроки схватывания раствора при 130 С характеризуются следующими данными: начало - 2 ч, конец - 2 ч 45 мин. Образующийся при твердении камень И имеет механическую прочность после твердения при 130 C в течение суток, на изгиб 8 кгс/см, на сжатие

25 кгс/см .

Использование данного тампонажного раствора обеспечивает по сравнению с известными достижение более низ60 6 кой плотности {1,22-1,44 г/смв); сравнительно высокую механическую прочность образующегося цементного камня при низкой плотности последнего, возможность повышения качества тампонажных работ в нефтяных и газовых скважинах, имеющих аномально низкие пластовые давления и там, где очень велика возможность гидрораэрыва пласта, дешевизну тампонажного материала, которая предопределяется тем обстоятельством, что два компонента являются промышленными отходами.

В табл. 1 и 2 представлены дан-. ные результатов испытания предлагаемого тампонажного раствора и известного облегченного тампонажного цемента.

Эти данные показывают, что данный тампонажный раствор обеспечивает получение гораздо более низкой плотности при сохранении необходимых для прокачивания сроков охватывания при высокой температуре и приемлемой механической прочности образующегося уже через 24 ч цементного камня.

Таким образом, применение пред" ложенного тампонажного раствора обеспечивает получение более низкой плотности по сравнению с известным с одновременным повышением эффективности изоляционных работ в скважинах с аномально низкими пластовыми давлениями.

903560

Ф

Z )

»

1!!

1 у !

1 с !

I ц> 1

1

1

1 I

1

f .

I!

J о а с

IL

f9

М о

Ol

У

z

m х

Э

Э

% о о

CV и ! ба

Ю м л

М\

» о о

Щ

ОЪ м

v о

Ы

»

Ьо о

Ц б °

l

X бЧ CO

Ю Ю сО

T

» м о е о

1 сО аА

3Е с

O о

С а

Z

Э

IX а

I» о о

Z с

CO CO

X

X у

»

Il

X .Z

m з

Щ

m х о

X х о а о о б м о м

ФЧ о

3 о

C) о м

М\

Э

Z о х

CI м о о

1 бЧ!

CL

Э

X

3CO ба о бЧ о

an м о

ФЧ бЧ о

СО

cv о сО

1

I ! ! !

1

1 !

1

1

I

l5 а а о а

II

I» о

I»

Ю

И

Ю ю

Ъь EO

-I

Эь

Z о х о

43

1»

О

C4 O

CV !Ч м

1 о о

С !

1

1

I

I

1

I !

1

I

I

1

1

1 !

1

1

1

I

1

I

)

I

t

I

1.

I

1 !

1

I

1

I

1

1

I

1 !

1 !

1 !

1

1

I

I !

1

I !

CO

° Ф СО СО

«бб о о о о о м

1 1 в an о о о о м о

I 1 l

Ф м ° СЧ

CO H СО ю о an о о а.

О 1 л

МЪ

« ОЪ

Ю

oa cn сО се

Ю» Ю л сО

an о Сб

» Ф » » »

1Ч м ЮО

%ca . iо t4 о о о м м о

1 1 1 бЧ бЧ

43 бч CV O

an an О бА м в о в м

t4 CV

« бЧ а о о о о

Л сО В л сО

3 бо м о !

Ч о

1Ч

М о

ICL Р х Ф е х

Ф е о

3 о, о

an бЧ -С

Э

М о

=й

Ьх ф

>Х з

Z с с о о

903560

Щ

Ф

CD

ОО

Ю Ф

IA

С4

Ю м

»

CV (Г\

Г

М\

СО

CD

CD ! м

1А

I (М

CD м !

CD м

I м

МЪ

Ю

Ю

1 м

Ю м

lII

Zz г

X с

Ю м

СМ (D

Ю

I ((Ю

CD

CV

М\

-м

CV (Л

CV

Ю (D

1 м

Ю

CD м

Ю м

Ю

СМ

X а (I1I

Z (.(Ъ м

CD м

CV м

z

Q с

CD

Л (о

О

I»

О с

Ю (с(Ю м

Ю м

CD м

Ю

Ю

Ю

Ю

СМ

Ю (М

44Ъ

- и

Ф (Ч (с

С4 (Ч

-( (.(Ъ

-а.

IA м м с4

Ю

С1

Ю

Ю (D

CD

Ю

CD

Ю

CD

I

I

I!

1

I (о! о

1! л м

I (ц

1 о

1 III

I и

1 (g

О

О

l5

Z о

I c

II1! 1I

О! L о! E

Э (II

1II с

Сй

Э а с

I м

I» о

Z! 1О с

K

1 IK х

CX

Э а

i.o

1.

1

1 °

1 Ю

z

1 Z

1 CO

I Y

1 Ф

1 X

z

I а

1 С: ! !

1

I

Й о

12 феррохромовый шлак

Керамзитовая пыль

Алюминат натрия

Вода

90 3560

14-31

1,5-2,9

l 51-197

° °. Составитель В.Никулин ц ° Корре

Заказ 65/15 Тираж 623 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

l13035, Москва,Ж-35, Раушская наб.,д.4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул,. Проектная, 4

11

Формула изобретения

Тампонажный раствор пониженной плотности для крепления высокотемпературных нефтяных и газовых скважин, содержащий в качестве основы вяжущее, добавки и воду, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью снижения плотности тампонажного раствора, он содержит в качестве вяжущего феррохрсмовый шлак, а в качестве добавок - ке.щ рамзитовую пыль и алюминат натрия при следующем соотношении компонентов, вес.ч:

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Данюшевский В.С. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам.М., "Недра", 1973 с. 15-20.

2. Авторское свидетельство СССР

И 632826, кл. E 21 В 33/138, 1971

- (прототип).