RU2136843C1

RU2136843C1 - Grouting mortar

Info

Publication number: RU2136843C1
Application number: RU97106934/03A
Authority: RU
Inventors: П.Ф. Цыцымушкин; Е.А. Коновалов; С.Н. Горонович; С.Р. Хайруллин; А.П. Цыцымушкин
Original assignee: Волго-Уральский научно-исследовательский и проектный институт предприятия "Оренбурггазпром" РАО "Газпром"
Priority date: 1997-04-28
Filing date: 1997-04-28
Publication date: 1999-09-10

Abstract

FIELD: oil and gas production. SUBSTANCE: grouting mortar containing Portland cement (60.35-71.82%), special-type superplasticizer (0.21-0.36), and water is supplemented by water-soluble hydroxyethylcellulose-sulfacell (0.28-0.42%). EFFECT: improved insulation properties due to water loss of mortar and increased strength of resultant cement stone; and retained continuity of cement stone in annular space over all cementation region. 1 tbl

Description

Изобретение относится к тампонажным растворам, предназначенным для цементирования скважин в нефтяной и газовой промышленности. The invention relates to cement slurries intended for cementing wells in the oil and gas industry.

Известен тампонажный раствор, содержащий тампонажный портландцемент, конденсированную сульфитспиртовую барду (КССБ) в количестве от 0,1 до 0,7% к массе портландцемента и воду при водоцементном отношении от 0,5 до 0,4 [1]. A well-known grouting solution containing grouting Portland cement, condensed sulphite-alcohol stillage (KSSB) in an amount of from 0.1 to 0.7% by weight of Portland cement and water at a water-cement ratio of from 0.5 to 0.4 [1].

Тампонажный раствор имеет повышенную водоотдачу, не обеспечивает необходимых сроков схватывания и прочности цементного камня. The grouting mortar has an increased water loss, does not provide the necessary setting time and strength of the cement stone.

Наиболее близким к предлагаемому по назначению и совокупности существенных признаков является тампонажный раствор, содержащий портландцемент и суперпластификатор C-3 - натриевую соль продукта конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом в количестве от 0,5 до 1,0% к массе портландцемента и воду при водоцементном отношении от 0,42 до 0,36 [2]. The closest to the intended purpose and combination of essential features is cement slurry containing Portland cement and C-3 superplasticizer — the sodium salt of the condensation product of naphthalene sulfonic acid with formaldehyde in an amount of 0.5 to 1.0% by weight of Portland cement and water at a water-cement ratio of 0 , 42 to 0.36 [2].

Недостатком известного тампонажного раствора является высокая водоотдача, что не обеспечивает качество крепления скважин. A disadvantage of the well-known cement slurry is the high water loss, which does not ensure the quality of the fastening of the wells.

Изобретение решает задачу повышения качества крепления скважин в сложных горно-геологических условиях, в том числе горизонтальных скважин, за счет использования стабилизированного тампонажного раствора при цементировании обсадных колонн, при твердении которого формируется цементный камень повышенной прочности. The invention solves the problem of improving the quality of fastening wells in difficult geological conditions, including horizontal wells, through the use of a stabilized cement slurry during cementing of casing strings, during curing of which a cement stone of increased strength is formed.

Отечественный и зарубежный опыт цементирования обсадных колонн в сложных горно-геологических условиях [3] показывает, что решение поставленной задачи возможно при использовании тампонажного раствора пониженной водоотдачи (менее 40 см³ за 30 мин).Domestic and foreign experience in cementing casing strings under difficult mining and geological conditions [3] shows that the solution of this problem is possible when using cement slurry with reduced water loss (less than 40 cm ³ in 30 min).

Для решения указанной задачи тампонажный раствор, содержащий портландцемент, суперпластификатор C-3 и воду, дополнительно содержит водорастворимую гидроксиэтилцеллюлозу (сульфацелл) при следующем соотношении компонентов, маc. %:
Портландцемент - 68,35 - 71,82
C-3 - 0,21 - 0,36
Сульфацелл - 0,28 - 0,42
Вода - остальное
Новым в предлагаемом тампонажном растворе является то, что он дополнительно содержит реагент сульфацелл при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Портландцемент - 68,35 - 71,82
C-3 - 0,21 - 0,36
Сульфацелл - 0,28 - 0,42
Вода - Остальное
Реагент Сульфацелл - водорастворимая гидроксиэтилцеллюлоза представляет собой желтый или желтовато-белый продукт, который легко растворяется в воде, образуя растворы различной вязкости.To solve this problem, a cement slurry containing Portland cement, C-3 superplasticizer and water additionally contains water-soluble hydroxyethyl cellulose (sulfacell) in the following ratio, wt. %:
Portland cement - 68.35 - 71.82
C-3 - 0.21 - 0.36
Sulfacell - 0.28 - 0.42
Water - the rest
New in the proposed grouting mortar is that it additionally contains a reagent sulfacell in the following ratio of components, wt. %:
Portland cement - 68.35 - 71.82
C-3 - 0.21 - 0.36
Sulfacell - 0.28 - 0.42
Water - Else
Sulfacell reagent - water-soluble hydroxyethyl cellulose is a yellow or yellowish-white product that readily dissolves in water, forming solutions of various viscosities.

Сульфацелл выпускается по ТУ 6-55-221-1210-91 в виде порошка или гранул. Выпуск производит акционерное общество "Полицелл", г. Владимир Владимирской области. Sulfacell is available in accordance with TU 6-55-221-1210-91 in the form of powder or granules. The issue is produced by Polycell, Vladimir, Vladimir Region.

Известно использование сульфацелла в качестве стабилизатора буровых растворов [4]. It is known to use sulfacell as a stabilizer of drilling fluids [4].

Достигаемый при осуществлении изобретения технический результат состоит в том, что одновременный ввод стабилизатора и пластификатора в тампонажный раствор позволяет снизить его водосодержание, водоотдачу, повысить прочность цементного камня и тем самым значительно повысить качество крепления скважин. The technical result achieved during the implementation of the invention consists in the fact that the simultaneous introduction of a stabilizer and a plasticizer into the cement slurry can reduce its water content, water loss, increase the strength of cement stone, and thereby significantly improve the quality of the wells.

В результате лабораторных исследований установлено, что при водоцементном отношении от 0,45 до 0,38 предлагаемый тампонажный раствор имеет водоотдачу в пределах от 30 до 10 см³ за 30 мин, цементный камень при твердении в условиях низких и нормальных температур имеет прочность от 3,6 до 4,2 МПа, при твердении в течение 1 суток в условиях умеренных температур цементный камень имеет прочность до 7,5 МПа. Приведенные технологические показатели предлагаемого тампонажного раствора и цементного камня значительно лучше аналогичных показателей известного тампонажного раствора.As a result of laboratory studies, it was found that with a water-cement ratio of 0.45 to 0.38, the proposed cement slurry has a water loss in the range of 30 to 10 cm ³ in 30 minutes, the cement stone, when hardened at low and normal temperatures, has a strength of 3, 6 to 4.2 MPa, when hardening for 1 day at moderate temperatures, the cement stone has a strength of up to 7.5 MPa. The technological parameters of the proposed grouting mortar and cement stone are much better than the similar parameters of the well-known grouting mortar.

При проведении лабораторных исследований были использованы: тампонажный портландцемент по ГОСТ 1581-91; суперпластификатор C-3 по ТУ 6-14-625089^*; сульфацелл по ТУ 6-55-221-1210-91.When conducting laboratory studies were used: cement Portland cement in accordance with GOST 1581-91; superplasticizer C-3 according to TU 6-14-625089 ^* ; sulfacell according to TU 6-55-221-1210-91.

Для проведения лабораторных исследований были приготовлены тампонажные растворы с компонентными составами, приведенными в таблице. For laboratory studies, cement slurries were prepared with the component compositions shown in the table.

Тампонажный раствор готовится простым механическим смещением компонентов. При этом в необходимое количество воды вводится расчетное количество реагентов до полного их растворения. Затем на водном растворе реагентов производится затворение портландцемента. Приготовление и применение тампонажного раствора не требует дополнительных капитальных затрат, а технология цементирования не отличается от общепринятой. The cement slurry is prepared by simple mechanical displacement of the components. In this case, the calculated amount of reagents is introduced into the required amount of water until they are completely dissolved. Then, Portland cement is mixed in an aqueous reagent solution. The preparation and use of cement slurry does not require additional capital costs, and the cementing technology does not differ from the generally accepted.

Пример. Для приготовления 1 л тампонажного раствора брали 285,8 г водопроводной воды, в которую добавили 2,8 г суперпластификатора C-3 и 3,5 г реагента сульфацелла, и перемешивали до полного их растворения. Затем 707,9 г портландцемента затворяли на приготовленном водном растворе реагентов и перемешивали до получения однородного тампонажного раствора (опыт N 6). Example. To prepare 1 liter of grouting mortar, 285.8 g of tap water was taken, to which 2.8 g of superplasticizer C-3 and 3.5 g of sulfacellum reagent were added, and mixed until they were completely dissolved. Then 707.9 g of Portland cement was mixed on the prepared aqueous solution of the reagents and mixed until a homogeneous cement slurry was obtained (experiment No. 6).

Приготовление тампонажного раствора производили согласно ГОСТ 26798.0-85. The preparation of cement slurry was carried out according to GOST 26798.0-85.

Растекаемость тампонажного раствора определяли по ГОСТ 26798.1-85. The spreadability of the cement slurry was determined according to GOST 26798.1-85.

Пределы прочности цементного камня определяли по ГОСТ 26798.2-85. Strength limits of cement stone were determined according to GOST 26798.2-85.

Водоотдачу тампонажного раствора определяли на приборе ВМ-6. The loss of grouting fluid was determined on a BM-6 device.

Результаты проведенных лабораторных исследований представлены в таблице. The results of laboratory tests are presented in the table.

Анализ данных таблицы показывает, что известный тампонажный раствор (опыты 1 - 3) имеет высокий показатель фильтрации (водоотдачу) по ВМ-6, достигающий 330 см³ за 30 мин при низком водоцементном отношении от 0,36 до 0,42.An analysis of the data in the table shows that the well-known cement slurry (experiments 1-3) has a high filtration rate (water yield) by VM-6, reaching 330 cm ³ in 30 minutes with a low water-cement ratio of 0.36 to 0.42.

Предлагаемый тампонажный раствор при водоцементном отношении от 0,38 до 0,45 имеет водоотдачу в пределах от 30 до 10 см³ за 30 мин (опыты 4 - 8).The proposed cement slurry with a water-cement ratio of 0.38 to 0.45 has a water loss in the range of 30 to 10 cm ³ in 30 minutes (experiments 4-8).

Прочность цементного камня достигает 7,5 МПа при твердении цементного камня в условиях умеренных температур в течение 1 суток и 4,2 МПа при твердении камня в условиях низких и нормальных температур в течение 2 суток. The strength of the cement stone reaches 7.5 MPa when hardening the cement stone at moderate temperatures for 1 day and 4.2 MPa when hardening the stone at low and normal temperatures for 2 days.

При содержании сульфацелла более 0,42 мас.% (опыт 13) растекаемость тампонажного раствора 170 мм, при содержании сульфацелла менее 0,28 мас.% (опыт 14) водоотдача тампонажного раствора достигает 105 см³ за 30 мин.With a content of sulfacell more than 0.42 wt.% (Experiment 13), the spreadability of the cement slurry is 170 mm, with a content of sulfacell less than 0.28 wt.% (Experiment 14), the yield of cement grout reaches 105 cm ³ in 30 minutes.

Содержание сульфацелла, равное 0,6 мас.%, ухудшает подвижность раствора (растекаемость 160 мм) и его водоотдача равна 100 см³ за 30 минут.The content of sulfacell, equal to 0.6 wt.%, Impairs the mobility of the solution (spreadability 160 mm) and its water loss is 100 cm ³ in 30 minutes.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает сохранение сплошности хорошо изолирующего цементного камня в кольцевом пространстве по всему интервалу цементирования за счет значительного снижения отфильтрации жидкости затворения из тампонажного раствора и исключения флюидопроявлений во время ОЗЦ, что обеспечивает высокое качество крепления скважин. The proposed technical solution ensures the preservation of the continuity of a well-insulating cement stone in the annular space over the entire cementing interval due to a significant reduction in the filtration of the mixing fluid from the cement slurry and the elimination of fluid manifestations during the well formation, which ensures high quality of well attachment.

Источники информации
1. Данюшевский B. C. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам. -М.: Недра, 1987, с. 53.Sources of information
1. Daniushevsky BC and others. Reference Guide to cementing materials. -M .: Nedra, 1987, p. 53.

2. Патент РФ N 2031893, кл. C 04 B 40/00/ E 21 B 33/138, 1995. 2. RF patent N 2031893, cl. C 04 B 40/00 / E 21 B 33/138, 1995.

3. Рейли Р.X. и др. Цементирование хвостовиков в наклонно-направленных скважинах на месторождении Прадхо-Бей. Нефть, газ и нефтехимия - М.: Недра, 1988. N 7, с. 17. 3. Reilly R.X. et al. Cementation of liners in directional wells in the Pradkho Bay field. Oil, gas and petrochemicals - M .: Nedra, 1988. N 7, p. 17.

4. Пеньков А.И. и др. Стабилизация буровых растворов в целом при проводке скважин в условиях полиминеральной агрессии. Реферативный научно-технический сборник. Серия Бурение. М.: ВНИИОЭНГ, N 12, 1981, с. 11, 12. 4. Penkov A.I. et al. Stabilization of drilling fluids in general when drilling wells under conditions of multimineral aggression. Abstract scientific and technical collection. Series Drilling. M .: VNIIOENG, N 12, 1981, p. 11, 12.

Claims

A cement slurry containing Portland cement, C-3 superplasticizer and water, characterized in that it additionally contains water-soluble hydroxyethyl cellulose-sulfacell in the following ratio, wt.%:
Portland cement - 68.35 - 71.82
Superplasticizer S-3 - 0.21 - 0.36
Water-soluble hydroxyethyl cellulose-sulfacell - 0.28 - 0.42
Water - Else