RU2026959C1

RU2026959C1 - Grouting mortar for cementing oil and gas wells

Info

Publication number: RU2026959C1
Authority: RU
Inventors: П.Ф. Цыцымушкин; Н.Х. Каримов; С.Р. Хайруллин; З.Н. Кудряшова; И.В. Белов; Р.А. Шамсиев
Priority date: 1992-08-19
Filing date: 1992-08-19
Publication date: 1995-01-20

Abstract

FIELD: drilling of oil and gas wells. SUBSTANCE: grouting mortar for cementing oil and gas wells contains, mas.%: oil well cement 15.8-27.5; sodium chloride 3.8-6.1; fly ash with content of CaO+MgO from 6.66-9.60 13.2-19.3; cement dust from electrostatic precipitators of rotating cement kilns of cement plants 13.2-19.3; the balance, water. Oil well cement, fly ash and cement dust are mixed and the mixture is introduced into aqueous solution of sodium chloride. EFFECT: higher strength and corrosion resistance of produced stone. 1 tbl

Description

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к тампонажным растворам для цементирования нефтяных и газовых скважин с аномально низким пластовым давлением (АНПД), продукция которых содержит агрессивные компоненты (сероводород, углекислоту), в условиях умеренных температур. The invention relates to the oil and gas industry, in particular to cement slurries for cementing oil and gas wells with abnormally low reservoir pressure (ANPD), the products of which contain aggressive components (hydrogen sulfide, carbon dioxide), at moderate temperatures.

Известен облегченный тампонажный раствор на основе портландцемента, облегчающих добавок и воды. Known lightweight grouting mortar based on Portland cement, lightweight additives and water.

Недостаток этого тампонажного раствора - низкая прочность цементного камня. The disadvantage of this grouting mortar is the low strength of the cement stone.

Наиболее близким по совокупности признаков является тампонажный раствор для цементирования нефтяных и газовых скважин, содержащий тампонажный цемент и цементную пыль в соотношении 1:1 с водосмесевым отношением 0,65. The closest in combination of features is cement slurry for cementing oil and gas wells, containing cement slurry and cement dust in a ratio of 1: 1 with a water-mixing ratio of 0.65.

Недостатки известного раствора - низкая коррозионная стойкость и недостаточная прочность формируемого цементного камня. The disadvantages of the known mortar are low corrosion resistance and insufficient strength of the formed cement stone.

Цель изобретения - повышение качества крепления скважин путем улучшения физико-механических свойств тампонажного раствора и формируемого камня за счет повышения его прочности и коррозионной стойкости. The purpose of the invention is to improve the quality of fastening wells by improving the physico-mechanical properties of cement slurry and formed stone by increasing its strength and corrosion resistance.

Для достижения указанной цели тампонажный раствор для цементирования нефтяных и газовых скважин в условиях АНПД и кислых агрессивных сред, содержащий тампонажный цемент, цементную пыль и воду, дополнительно содержит золу-унос с содержанием CaO + MgO от 6,66 до 9,60% и хлорид натрия, а цементную пыль с электрофильтров из отходящих газов вращающихся печей цементных заводов, при следующем соотношении компонентов, мас. %: Тампонажный цемент 15,8 - 27,5 Хлорид натрия 3,8 - 6,1
Зола-унос с содержанием CaO + MgO от 6,66 до 9,60% 13,2 - 19,3
Цементная пыль с
электрофильтров из
отходящих газов
вращающихся печей цементных заводов 13,2 - 19,3 Вода Остальное
Тампонажный раствор готовят следующим образом.To achieve this goal, cement slurry for cementing oil and gas wells under the conditions of oil production and acidic aggressive environments, containing cement slurry, cement dust and water, additionally contains fly ash with a content of CaO + MgO from 6.66 to 9.60% and chloride sodium, and cement dust from electrostatic precipitators from rotary kilns of cement plants, in the following ratio of components, wt. %: Grouting cement 15.8 - 27.5 Sodium chloride 3.8 - 6.1
Fly ash with a CaO + MgO content of 6.66 to 9.60% 13.2 - 19.3
Cement dust with
electrostatic precipitators from
flue gas
rotary kilns cement plants 13.2 - 19.3 Water Else
Cement slurry is prepared as follows.

Тампонажный цемент, золу-унос и цементную пыль смешивают. Затем приготовленную смесь затворяют на водном растворе хлорида натрия. В качестве компонентов тампонажного раствора были использованы:
- тампонажный цемент ПЦТ Д20-100 Новотроицкого цементного завода;
- цементная пыль, например пыль с электрофильтров из отходящих газов вращающихся печей цементных заводов по ТУ 21-26-24-91;
- зола-унос, например Новотроицкой ТЭЦ, имеющая следующие физико-химические свойства;
химический состав, %: SiO 40,60 - 43,14 Fe₂O₃ 3,83 - 4,63 MnO 0,05 - 0,32 Na₂O 0,25 - 0,77 TiO₂ 0,80 - 0,84 Al₂O₃ 17,70 - 18,91 MgO 2,66 - 4,60 CaO 4,00 - 5,00 K₂O 0,1 - 1,20 P₂O₅ 0,09 - 0,10 п.п.п. 19,0 - 20,0 средняя плотность 2,01 - 2,06 г/см³ удельная поверхность 3500 - 3800 см²/г остаток на сите N 008 - 15%.Grouting cement, fly ash and cement dust are mixed. Then the prepared mixture is closed on an aqueous solution of sodium chloride. As components of the cement slurry were used:
- cement cement PTsT D20-100 Novotroitsky cement plant;
- cement dust, for example dust from electrostatic precipitators from exhaust gases of rotary kilns of cement plants according to TU 21-26-24-91;
- fly ash, for example, Novotroitsk TPP, having the following physico-chemical properties;
chemical composition,%: SiO 40.60 - 43.14 Fe ₂ O ₃ 3.83 - 4.63 MnO 0.05 - 0.32 Na ₂ O 0.25 - 0.77 TiO ₂ 0.80 - 0, 84 Al ₂ O ₃ 17.70 - 18.91 MgO 2.66 - 4.60 CaO 4.00 - 5.00 K ₂ O 0.1 - 1.20 P ₂ O ₅ 0.09 - 0.10 p .p.p. 19.0 - 20.0; average density 2.01 - 2.06 g / cm ^3; specific surface area 3,500 - 3,800 cm ² / g; residue on sieve N 008 - 15%.

Согласно ГОСТ 25818-85 зола соответствует II виду (возможно использование золы-уноса других ТЭЦ, имеющей аналогичные физико-химические свойства). According to GOST 25818-85, the ash corresponds to type II (it is possible to use fly ash of other CHP plants having similar physicochemical properties).

Хлорид натрия по ГОСТ 13830-84. Sodium chloride according to GOST 13830-84.

Для проведения исследования были взяты тампонажные растворы с различным содержанием компонентов. For the study, cement slurries with various components were taken.

Основные технологические параметры (плотность, растекаемость и сроки схватывания) определяли по ГОСТ 26798.1-85. Пределы прочности цементного камня определяли по ГОСТ 26798.2-85. The main technological parameters (density, spreadability and setting time) were determined according to GOST 26798.1-85. Strength limits of cement stone were determined according to GOST 26798.2-85.

Коррозионную стойкость цементного камня определяли как отношение прочностей на сжатие балочек-близнецов. Одни хранились в течение 2 и 180 сут в нормальных условиях во влажной среде при температуре 22 ± 3^оС и давлении 0,1 МПа, а другие - в агрессивной среде (газопроводе), содержащей в общем объеме 4,5% сероводорода и 1% углекислоты при температуре 22 ± 3^оС и давлении 3,5 МПа.Corrosion resistance of cement stone was determined as the ratio of compressive strengths of twin beams. Some were stored for 2 and 180 days under normal conditions in a humid environment at a temperature of 22 ± 3 ° ^C and a pressure of 0.1 MPa, and others - in a corrosive medium (pipeline) containing in total 4.5% and 1% hydrogen sulfide carbon dioxide at a temperature of 22 ± 3 ° ^C and a pressure of 3.5 MPa.

Седиментационную устойчивость тампонажного раствора определяли на приборе по величине отстоя за период с момента приготовления до образования кристаллизационной структуры. Прибор позволяет учитывать влияние изменения порогового давления в растворе во время твердения. The sedimentation stability of the cement slurry was determined on the device by the amount of sludge during the period from the moment of preparation to the formation of a crystallization structure. The device allows you to take into account the effect of changes in threshold pressure in the solution during hardening.

Результаты испытаний тампонажных растворов представлены в таблице. Анализ табличных данных показывает: известный тампонажный раствор (опыт 1) при твердении формирует цементный камень прочностью 2,30 - 7,00 МПа и коррозионной стойкостью 0,60. The test results of cement slurries are presented in the table. The analysis of tabular data shows: the well-known cement slurry (experiment 1) during hardening forms a cement stone with a strength of 2.30 - 7.00 MPa and a corrosion resistance of 0.60.

Заявляемый тампонажный раствор (опыты 3, 4, 5, 7, 8, 11, 13) при затвердевании образует цементный камень повышенной прочности на изгиб, достигающей 3,0 - 3,3 МПа, на сжатие 8,10 - 8,30 МПа и коррозионной стойкости 0,69 - 0,72. The inventive cement slurry (experiments 3, 4, 5, 7, 8, 11, 13), when hardened, forms a cement stone of increased bending strength, reaching 3.0 - 3.3 MPa, compressive 8.10 - 8.30 MPa and corrosion resistance 0.69 - 0.72.

Предельное содержание компонентов определено следующим образом. Оптимальное содержание тампонажного цемента 15,8 - 27,5 мас. %. При содержании тампонажного цемента менее 15,8 мас. % (опыт 2) прочность и коррозионная стойкость камня на уровне аналогичных показателей прототипа. При содержании тампонажного цемента более 27,5 мас. % (опыт 14) плотность тампонажного раствора превышает 1,65 г/см³ (равна 1,67 г/см³), т.е. переходит в группу растворов нормальной плотности.The limiting content of the components is determined as follows. The optimal content of cement cement is 15.8 - 27.5 wt. % When the content of cement cement is less than 15.8 wt. % (experiment 2) the strength and corrosion resistance of the stone at the level of similar parameters of the prototype. When the content of cement cement is more than 27.5 wt. % (experiment 14), the density of the cement slurry exceeds 1.65 g / cm ³ (equal to 1.67 g / cm ³ ), i.e. goes into the group of solutions of normal density.

Содержание цементной пыли и золы оптимально в пределах 13,2 - 19,3 мас. % . При содержании этих компонентов ниже 13,2 мас. % (опыт 14) содержание тампонажного цемента соответственно превышает верхний предел оптимального содержания. При содержании более 19,3 мас. % (опыт 2) прочность и коррозионная стойкость камня на уровне показателей прототипа. Оптимальное содержание хлорида натрия определено в пределах 3,8 - 6,1 мас. %. The content of cement dust and ash is optimal in the range of 13.2 - 19.3 wt. % When the content of these components is below 13.2 wt. % (experiment 14) the content of cement cement, respectively, exceeds the upper limit of the optimal content. With a content of more than 19.3 wt. % (experiment 2) the strength and corrosion resistance of the stone at the level of the prototype. The optimal content of sodium chloride is determined in the range of 3.8 - 6.1 wt. %

При содержании хлорида натрия менее 3,8 мас. % (опыт 9) формируемый камень при некотором росте прочности имеет коррозионную стойкость на уровне прототипа. Содержание хлорида натрия более 6,1 мас. % (опыт 6) увеличивает сроки твердения тампонажного раствора, не повышает коррозионную стойкость камня. When the content of sodium chloride is less than 3.8 wt. % (experiment 9), the formed stone with some increase in strength has corrosion resistance at the level of the prototype. The content of sodium chloride is more than 6.1 wt. % (experiment 6) increases the hardening time of cement slurry, does not increase the corrosion resistance of the stone.

Тампонажный раствор, не содержащий хлорида натрия (опыт 10), имеет низкие значения прочности и коррозионной стойкости формируемого цементного камня. Тампонажный раствор, не содержащий цементной пыли (опыт 12), образует камень прочностью и коррозионной стойкостью на уровне прототипа. A cement slurry that does not contain sodium chloride (experiment 10) has low strength and corrosion resistance of the formed cement stone. Cement slurry that does not contain cement dust (experiment 12), forms a stone strength and corrosion resistance at the level of the prototype.

Таким образом, тампонажный раствор имеет технологически необходимые параметры и при твердении в условиях умеренных температур формирует камень повышенной прочности и коррозионной стойкости. Thus, the grouting mortar has the technologically necessary parameters and, when hardened at moderate temperatures, forms a stone of increased strength and corrosion resistance.

Тампонажный раствор может быть использован для цементирования нефтяных и газовых скважин в условиях АНПД и умеренных температур при наличии в пластовых флюидах агрессивных компонентов (сероводорода и углекислоты) и рекомендован для всех месторождений страны с аналогичными горно-геологическими условиями. The cement slurry can be used for cementing oil and gas wells under the conditions of oil production and moderate temperatures in the presence of aggressive components (hydrogen sulfide and carbon dioxide) in the formation fluids and is recommended for all fields of the country with similar mining and geological conditions.

Claims

1. TURNOGRAPHIC SOLUTION FOR CEMENTING OIL AND GAS WELLS, containing cement slurry, cement dust and water, characterized in that it additionally contains fly ash with a content of CaO + MgO 6.66 - 9.60% and sodium chloride, and cement dust - from electrostatic precipitators of rotary kilns of cement plants in the following ratio of components, wt. %:
Grouting cement - 15.8 - 27.5
Sodium Chloride - 3.8 - 6.1
Fly ash containing CaO + MgO 6.66 - 9.60% - 13.2 - 19.3
Cement dust from electrostatic precipitators from exhaust gases from rotary kilns of cement plants - 13.2 - 19.3
Water - Else