Способ приготовления тампонажных растворов

Способ приготовления тампонажных растворов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советсиин

Социалистичесиин

Республик

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ. СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ц 927971 (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 05. 03. Вр (21)2890943/22-03 (5I)M. Кл..

F- 21 B 33/138 с присоединением заявки МЗаоударствсиный комитет (23) Приоритет

Опубликовано 15.05,82, Бюллетень 13 оо долам нзооретений и открытий (5З) УЙК 622.245 .42 (088.8) Дата опубликования описания 1,0g,82

В.С.Данюшевский, К.A,Äæàáà

А.А,Калядзин, П.П.Ткаченко, .и Н.Х.Каримов. (72) Авторы изобретения (Московский ордена Трудового Красного. Знамени -институт нефтехимической и газовой промышленности им. И.М,Губкина (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ТАМПОНАЖНЫХ

РАСТВОРОВ

Изобретение относится к глубо * кому бурению, в частности к способам обработки тампонажных растворов, предназначенных для крепления нефтяных и .газовых скважин.

Известны способы химической об-., работки тампонажных растворов для крепления нефтяных и газовых скважин путем введения в жидкость затворения производственных .отходов.

Способ заключается в том, что тампонажный раствор на основе портландцемента и воды с добавкой раство- ра хлористого кальция обрабатывают путем введения в воду нейтральносульфитного щелока, который берут в количестве 2-53 от веса сухого

Портландцемента. Нейтрально-сульфитный щелок - отход варки целлюлозы, В состав органической части сухого остатка входят 20-263 лигносульфоната натрия и 10-12 натриевых солей уксусной, муравьиной и щавелевой кислот. Минеральная часть состоит в основном из натрия и серы (1).

Недостатком известного способа химической обработки тампонажных растворов является плохая суффози" онная и седиментационная устойчи-, вость портландцементной суспенэии, обработанной лигносульфонатами, особенно при повышенном водоцементном отношении.

Известен также способ химической обработки тампонажных растворов на основе гранулированного доменного шлака. Тампонажный раствор, содержащий гранулированный доменный шлак, карбонатный наполнитель и воду, обрабатывают путем введения в воду содощелочного плава, который является отходом капролактамового про- изводства. Его вводят в виде водного раствора 10-203 концентрации (2).

Недостатком этого способа яв" ляется плохая суффозионная и седи3 9279 ментационная устойчивость тампонаж- ) ного раствора при высоком водоцементном Отношении; а также его быстрое схватывание.

Наиболее. близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ приго товления растворов путем предваритель ного введения в жидкость затворения добавки и последующего затворения 10 на полученной дисперсии порошкообраэного тампонажного материала. 8 данном способе в жидкость затворения (воду) предварительно вводят дистиллерную жидкость, которая явяяе;гся 15 отходом содового производства, соДержащим, в основном, хлорид кальция

Приготовленный таким способом тампонажный раствор имеет повышенную по сравнению с вышеуказанными там. понажными растворами. суффозионную и седиментационную устойчивость, так как при затворении водои, со3 держащей дистиллерную жидкость, хлорид кальция, введенный в значительном количестве с дистиллерной жидкостью, вызывает усиленное диспергипование продуктов гидратации портландцемента, обеспечивая, тем самым, повышение суффозионной и седиментационной устойчивости (3 ), Однако степень диспергирования не настолько высока, чтобы можно было обеспечить седиментационную и суффоэионную устойчивость при повышенном водоцементном отношении или при недостаточно высокой дисперсности порошкообраэного тампонажного материала, Кроме того, приготовленный таким способом тампонажный материал имеет ускоренное схватывание, что .ограничивает область" его применения низкими температурами в скважине

Целью изобретения является повышение седиментационной и суффоэионной устойчивости тампонажного раствора с одновременным замедлением сроков его схватывания.

Укаэанная цель достигается тем, что в качестве добавки в раствор вводят отработанный расплав титановых хлораторов в количестве 50-500 r на 1 л жидкости эатворения.

При приготовлении тампонажных растворов на жидкости затворения, в которую введенЬ менее 50 г отрабо" танного расплава;титановых хлораторов„ не обеспечивается йовышение суффозионной и седиментационной устойчивое И

30,8

14,6

14,0

12 5

4,6.КС1 . Т 0 2 313 С:гС1 3 у0

NaC1 5 > 0 8,6 Сс1С1 3,0

rlqc12 А1 09 1,4 . Fec13 0,5

ГеС1 . Z!10 0,051 БСС19. 0,025 мпС1 Sc0y 0,015 С 2,0

У205- 0,009

Повышение суффозионной и седиментационной устойчивости происходит в результа ге образования в жидкой фазе гелеобразных гидроксидов магния, железа, марганца, хрома.

Тонкая дисперсия гелия, образую«щаяся в поровой жидкости тампонажного раствора, создает коллоидный раствор и придает пОдОВОЙ жидкОсти свойства тонкоструктурированной дисперсии, в частности, такая жидкость приобретает сдвиговую прочность, 3а счет этого твердые частицы порошкообразного тампонажного материала удерживаются во взвешенном состоянии даже при высоком во- досодержании тампонажного раствора, Наличие сдвиговой прочности у поровой жидкости препятствует возникновению фильтрационных каналов no@ действием перепада давления и суффоэионному каналообразованию в тампо- нажном растворе, Замедляющее действие на процесс схватывания оказывают ионы хрома, :марганца, а также плотная коллоидная пленка гидроксидов, образующаяся вокруг частиц тампонажного материала.Поэтому тампонажный раствор, в который вводят добавку отработанного расплава титановых хлоратов, схвагывается медленнее обычного портландцементного раствора и способ может тампонажного раствора при повышенных водоцементных отношениях.

При приготовлении тампонажных растворов на жидкости затворения, в которую введено более 500 г отработанного расплаЬа титановых хлораторов, сильно замедляется схватывание и твердение тампонажного раствора, а также недопустимо повышаются реологические показатели.

Специфическое действие отработанного расплава титановых хлораторов объясняется их особым химическим составом, Средний химический состав Отработанного расплава титановых хлораторов Усть-Каменогорского титано-магние,вого комбината:

927971 необходимо принять количество жид-. кости затворения, равное приблизи- . тельно 0,5 от массы порошкообраэного гампонажного материала, Для пробного затворения берут

<а 1 кг цементно-песчаной смеси

500 мл воды и размешивают в .ней 25 г ртработанного расплава титановых хлораторов.На полученной дисперсии загворяют тампонажный раствор и опребыть применен без специальных замедлителей до 100 С °

Способ приготовления тампонажных растворов осуществляется следующим образом. 5

В зависимости от условий цементи- рования скважины задаются плотностью тампонажного раствора., По известным формулам для конкретного тампонажного раствора находят водоцементное отношение, позволяющее обеспечить

;требуемую плотность, т.е. количество жидкости затворения на единицу массы ,тампонажного материала. Затем опытным путем устанавливают максимальное количество отработанного расплава титановых хлораторов,не влияющее отрицательно на другие свойства тампонажного раствора. Для этого в жидкость затворения вводят отработанный 20 расплав титановых хлораторов в количестве, соответствующем концентрации

50-500 г отработанного расплава .ти" тановых хлораторов на 1 л жидкости затворения. При этом часть вещества оТработанного расплава .титановых хло. раторов переходит в раствор,нерастворимый остаток образует суспензию. е На полученной дисперсной системе осуществляют пробное затворение там- 30 понажного раствора с определенным ранее отношением жидкости затворения к порошкооЬразному тампонажному маЪ териалу. Если пф максимальной кон" центрации отработанного расплава ти- зз тановых хлораторов получаются недопустимо высокие реологические показатели или недопустимо замедленное . схватывание, то уменьшают дозировку отработанного расплава титановых хло- р раторов.

Методом последовательного прибли жения находят дозировку отработанного расплава титановых хлораторов, . обеспечивающую соответствие свойств тампонажного раствора условиям применения по реологическим показателям или скорости схватывания °

Для приведения в соответствие других свойств тампонажного раствора применяют известные пластификаторы или ускорители схватывания, Установленное таким образом максимально возможное в данных конкретных условиях количество отрабо5S танного расплава титановых хлораторов вводят в предназначенный.для npuiroтовления тампонажного раствора обьем жидкости эатворения, которую вплоть до применения интенсивно перемешив ют для .предотвращения оседания нерастворимого остатка, После этого приготавливают тампо" нажный раствор по известной технологии, Пример 1. Требуется приготовить тампонажный раствор с седиментационной суффозионной устойчивостью при повышенном до 0,8 водоцементном отношении.

Для пробного затворения на 1 Kl портландцемента; берут 800 мм воды и размешивают в ней 400 r предвари- тельно измельченного отработанного расплава титановых хлораторов. На полученной дисперсии затворяют пробу тампонажного раствора и опре" . деляют его технологически важные свойства.

Полученный раствор имеет растекаемость Ор = !6 см. Готовят следующую пробу тампонажного раствора, для обработки которого берут 320 r отработанного расплава титановых хлораторов на 800 мл воды. Растекаемость полученного тампонажного раствера

18 см, коэффициент водоотделения

К вЂ” О, Однако срок начала схватывания при 75 С вЂ” 8 ч 05 мин, что нежелао. тельно.

С целью сокращения сроков схватывания применяют известный ускоритель, например, оксид кальция в количестве 50 r/53 к массе портландцемента. После дополнительной обработки ускорителем срок начала схва.тывания составляет 5 ч ОО мин, конец схватывания - 6 ÷ 30 мин, что является достаточным при цементировании скважины в данном конкретном случае.

Пример 2. Требуется приготовить тампонажный раствор с плотностью

1,81 г/см и предназначенный для це-ментирования высокотемпературной скважины с температурой на забое

160 r..

Лля получения заданной плотности

927971

30 о

l<>, деляют важнейшие его технологические свойства. Растекаемость тампонажного раствора равна 22 см, коэффициент водоотделения 0,54. При 1бО С срок начала схватывания 1 ч 45 мин, конца схватывания - .2 ч.30 мин. При

90 С (гемпература, соответствующая верхнему интервалу цементирования) срок начала. схватывания равен

3 ч.00 мин, конца схватывания

4 ч. 45 мий.

Полученные свойства тампонажного раствора удовлетворяют условиям цементирования данной скважины, Л р и м е р 3. Требуется приго- товить тампонажный раствор с достаточной седиментационной и суффозионной устойчивостью при водоцемент ном отношении 1/4 (для получения из стандартного тампонажного цемента тампонажного раствора с плотностью около,1,50 г/см ) .

Для приготовления пробы тампонаж-, ного раствора берут на 1 кг портланд цемента 1400 мл воды и размешивают в ней 700 r предварительно измельченного отработанного расплава,титановых хлораторов. На полученной дисперсии затворяют тампонажный раствор и определяют его важнейшие технологические свойства. Растекаемость тампонажного раствора .равна

24 см, коэффициент водоотделения 1,9

Дацные параметры соответствуют требованиям цементирования скважин, однако срок начала схватывания при

90 С 12 ч 45 мин является черезмерно длинным. Для ускорения схватывания вводят известный ускоритель схватывания - оксид кальция в количестве

100 г/103 от массы портландцемента.

После дополнительной обработки срок начала схватывания 6 ч 45 мин> конца схватывания - 9 ч 1,5 мин, что является достаточным при цементировании скважины в данном конкретном случае.

В таблице приведены свойства тампонажных растворов. полученных

1по предлагаемому способу, по срав нению со свойствами тампонажного раствора по известному, Как следует из таблицы, приготов лЕние путем тампонажных растворов аутем введения.в жидкость затворения

I отработанного расплава титановых хлоратов позволяет получать тампонаж-!

Hble растворы с хорошей седиментационной устойчивостью, в том числе

Э5

55 при повышенном водоцементном о гношении и при введении грубодисперсного наполнителя, с замедленным схва-. тыванием и удовлетворительными проч" йостными свойствами образующегося цементного камня.

Применение известных способов приготовления тампонажных растворов с введением в состав жидкости затворения других производственных отходов (например, дистиллерной жидкости) не обеспечивает получения таких свойств тампонажных растворов.

Выход за пределы указанного в способе количества вводимого в жидкость затворения отработанного расп лава титановых хлоратов не позволяет достигнуть поставленной цели или не обеспечивает сохранения других технологических свойств тампонажного рас1вора в необходимых пределах, Отсутствие ускоряющего и сильного загружающего действия позволяет ввести в тампонажный раствор значительное количество отработанного расплава титановых хлораторов, что дает возможность утилизировать этот отход в больших количествах и таким образом существенно способствовать охра" не окружающей среды.

Отработанный расплав титановых клораторов хорошо растворяется в воде и поэтому его .хранение на поверхности представляет значительо ные трудности, Введение этих отходов в больших количествах в состав тампонажных расraopoa, закачиваемых в недра земли при цементировании скважин, сооружении траншейных стенок и т.п,обеспечивает надежнуа консервацию данного промышленного отхода.

Положительным фактором является переход значительной части вещества отхода в нерастворимое состояние при реакции со щелочными компонентами тампонажного раствора. Это, а также низкая фильтрующая способность образующегося цементного камня предотвращает проникновение ингредиентов отхода в окружающую среду, Предлагаемый способ позволяе г обеспечить хорошие технологические свойства тампонажного раствора за

"чет того, что образование значительного количества геля в жидкой г фазе происходит на более поздней стадии твердения, после окончания пр6цесса цементиравания, 927971

t0. O Ф

00 м °

1Ч М

1 ° å- i бЧ б

CO бФ б .40 Ф 1

° Ц ю о б

f e»

Л бч

° Ф б

I Ф с

1 4

4 I ! Ф I

1 1 о

1 ! М 1 ! 1

I 1

l !

О С! м м

01 Ю

IA б В сп

an О

° !е1 ! 4. б

3 4Ч

Ю м

Ю а

1 EU з

1 ф

1 а е а

I 1 б м б а а

О а

1 I со an

444 В

Ф т

4 I !

Ч бб а ° м

1 а! IQ

Ф а с ло

"о

Ф Ф

1- а!

1 !

1 а а о а а

4 » 0 1 Cn 01 Ch е

О О

01 (1

)1

I 4 ,1, 1! 4 Ф оФ с(с Z 2Ф

Я I» Q

1

I

1 сп О

° ь Ю

° 4Ч О

Ю

° Ч

0Ъ

° Ь

an !n

Ф Ю а а

О О

1 1

1,1

I

О э о

1- z z о Ф О (g Ig

О- М

4Ч

CV 4Ч 4Ч а

4Ч 4Ч. 4Ч

Иб Е о z

Z O ! о

° Ч

an

Ю, ° ° О

ОФ ЮО CO

CO

Ю Ю Ю

° е е Ю Ю

° °

1

1 !

1

4 ,1 !

S

Ф

B о

Z о

Ф Ф

=г о

l Z о l1S Z .о Ф бббг

z an

I» an

aI a

1 в а an an an 1- а в ф э е II

o z o o o Ф о

Ca oO 00

Ф в е

О С»

X а

Ф 4F I»

° в е 44

° ° ° ф

И

Cf

I

1 Cl

u e

Ф 4О х о

X IZ с о о

hC В (!

4 I1

I ! !

I дФ о х с

z z

ы а

O О б °

44\

1

l

1 !

1

I

11 !

° 4

1 1 е с

Ю CIA I

I» 4 о

1- IC I

zoz!

IZ Y Cl

О IZCII.

Ф z,о э вб 10 !

Ф о

Z Ct

Ф о ! Ф бб

1 I» I

duo с о

О o. а О

a a a o

an an о an

1 в о

Ф у

z с о

М о

О 4f а о а еб .Э

О О Е

an an .э.

О бб\

1 ф 4 х

6 ) I» l 4

4Z 1 Ф 4

° Я; б

Ф 4 Э е» а — -а

Ф! 4а 4 л л о е- Р 4 !» 4 об 4

Z 4(1

x o о> I аоб z 4 с « м з е I ее 4

Ф IC и!

cZ S I л х бч ы

Ю с

Z.

4g

Я Z

Ф S

Х Z о х

S х о а

00 CO ОЪ в iо an О е0 е0 an an an а с Й

Формула изобретения

927

Составитель А.Балуева

Редактор Н.Горват Техред И. Рейвес Корректор И. Иуска

Заказ 3194/42 Тираж 624 Подписное

ВНИИЛИ,Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Носква, )<-35, Раушская наб., д. 4/5

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

Способ приготовления тампонажных растворов путем предварительного введения в жидкость затворения добав- S ки и последующего затворения на полученной дисперсии порошкообразного тампонажного материала, о т л и ч аю щ и " c я, тем, что, с целью повышения седиментационной. и суффозион", 1В ной устойчивости с одновременным за- медлением сроков схватывания, в качестве добавки в, раствор вводят отработанный расплав титановых хлораторов

971 12 в количестве 50-500 r на 1 л жидкости затворения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР и 404932, кл. E 21 В 33/138, 1973.

2, Авторское свидетельство СССР и 446480, кл, С 04 В 7/20, 1974, 3. Хангильдин С.Н, Комплексные исследования тампонажных цементов и растворов для цементировочных работ в нефтяных и газовых скважинах, Диссертация. Уфа, 1964, с. 113-115 (прототип).