RU2198999C2

RU2198999C2 - Plugging material for high-temperature wells

Info

Publication number: RU2198999C2
Application number: RU2000120517/03A
Authority: RU
Inventors: В.А. Клюсов; В.П. Юзвицкий; ков В.Н. Пол; В.Н. Поляков; Ю.Р. Кривобородов; И.Н. Каримов
Priority date: 2000-08-04
Filing date: 2000-08-04
Publication date: 2003-02-20

Abstract

FIELD: oil producing industry; applicable in isolation of formations of oil, gas and gas-condensate wells under complicated mining and geological conditions. SUBSTANCE: plugging material includes binder, ground sulfur with the following ratio of components, wt.%: binder, 80-95; ground sulfur, the balance. Binder of plugging material may be used in the form of portland cement, slag-portland cement, alumina cement, slag-sand cement mix, slag-sand mix. EFFECT: increased period of injection of plugging mortar at bottom-hole temperatures above 120 C and production of gas-impermeable cement stone with high adhesive strength with string at temperature below 105 C. 6 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для разобщения пластов нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин в сложных горногеологических условиях. The invention relates to the oil and gas industry and can be used to separate the layers of oil, gas and gas condensate wells in difficult geological conditions.

Наиболее близким по технической сущности и назначению к предлагаемому изобретению является тампонажный материал для высокотемпературных скважин, включающий в качестве вяжущего портландцемент для повышенных или высоких температур /1/. Существенными недостатками указанного тампонажного материала являются сокращенный период прокачиваемости раствора в условиях забойных температур (при t>120^oC), повышенная газопроницаемость и низкая прочность сцепления цементного камня с колонной (при t<105^oC). В совокупности указанные недостатки приводят к возникновению заколонных и межколонных газонефтеперетоков и, как следствие, к ухудшению качества крепления скважины и надежности сооружения в целом.The closest in technical essence and purpose to the proposed invention is a cementing material for high-temperature wells, including Portland cement as a binder for elevated or high temperatures / 1 /. Significant disadvantages of this grouting material are the reduced period of pumpability of the mortar at bottomhole temperatures (at t> 120 ^o C), increased gas permeability and low adhesion of cement stone to the column (at t <105 ^o C). Together, these shortcomings lead to the occurrence of annular and intercolumn gas and oil flows and, as a result, to a deterioration in the quality of the well fastening and the reliability of the structure as a whole.

При создании изобретения решалась задача увеличения периода прокачиваемости раствора при забойных температурах свыше 120^oС и получения газонепроницаемого цементного камня с повышенной прочностью сцепления с колонной при температурах ниже 105^oС.When creating the invention, the problem was solved of increasing the period of pumpability of the solution at bottomhole temperatures above 120 ^o C and obtaining a gas-tight cement stone with increased adhesion to the column at temperatures below 105 ^o C.

Решение поставленной задачи достигается тем, что тампонажный материал для высокотемпературных скважин, включающий вяжущее, содержит измельченную серу при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Вяжущее - 80-95
Измельченная сера - Остальное
При этом в качестве вяжущего можно использовать портландцемент, шлакопортландцемент, глиноземистый цемент, шлакопесчаноцементную или шлакопесчаную смеси.The solution to this problem is achieved by the fact that the grouting material for high-temperature wells, including a binder, contains crushed sulfur in the following ratio of components, wt.%:
Astringent - 80-95
Ground Sulfur - Else
At the same time, Portland cement, slag Portland cement, alumina cement, slag sand and cement or slag sand mixtures can be used as a binder.

Серу получают на установках "Клауса" из сероводорода путем реакции его окисления кислородом на катализаторе или реакцией сероводорода с сернистым ангидридом (при соотношении 2:1) в жидкой среде минеральных кислот /2/. Измельченная сера - продукт размола комовой серы в роликовых или струйных мельницах в соответствии с ГОСТ 127-76 характеризуется основным фракционным составом от 0,071 до 0,14 мм. Пылевидная или коллоидная фракция характеризуется частицами до 20 мкм и менее. Физико-химические свойства серы: температура плавления в зависимости от модификации - от 112 до 119^oС; плотность твердой фазы - от 1,92 до 2,07 г/см³, жидкой - от 1,7784 до 1,7988 г/см³; поверхностное натяжение при 120 и 150^oС соответственно 0,060 и 0, 057 Н/м; динамическая вязкость при 120, 140 и 158^oС соответственно 0,017; 0,08 и 0,006 Па•с.Sulfur is obtained at Claus plants from hydrogen sulfide by the reaction of its oxidation with oxygen on a catalyst or by the reaction of hydrogen sulfide with sulfur dioxide (at a ratio of 2: 1) in a liquid medium of mineral acids / 2 /. Ground sulfur - a product of grinding lump sulfur in roller or jet mills in accordance with GOST 127-76, is characterized by a basic fractional composition from 0.071 to 0.14 mm. The pulverized or colloidal fraction is characterized by particles up to 20 microns or less. Physico-chemical properties of sulfur: melting temperature depending on the modification - from 112 to 119 ^o C; the density of the solid phase from 1.92 to 2.07 g / cm ^{3 the} liquid from 1,7784 to 1,7988 g / cm ³ ; surface tension at 120 and 150 ^o With respectively 0,060 and 0, 057 N / m; dynamic viscosity at 120, 140 and 158 ^o With respectively 0.017; 0.08 and 0.006 Pa • s.

Приготовление тампонажного материала может быть осуществлено как в заводских условиях - совместным помолом компонентов в шаровых мельницах в токе инертного газа, так и в условиях буровой - смешением вяжущего и измельченной серы в смесительных машинах СМН-20 в заданном соотношении. Для этого, например, через весовые дозаторы и тарельчатый питатель шаровой мельницы в первом случае или приемный бункер шнекового транспортера СМН-20 во втором случае подается соответственно 80 кг компонентов вяжущего и 20 кг комовой или измельченной серы. Для получения однородной сухой смеси в условиях буровой производится двухразовая перетарка из одной смесительной машины в другую. The preparation of grouting material can be carried out both in the factory - by co-grinding the components in ball mills in an inert gas stream, and in drilling conditions - by mixing binder and crushed sulfur in SMN-20 mixing machines in a predetermined ratio. For this, for example, in the first case, through weighing batchers and a ball mill plate feeder or in the SMN-20 screw conveyor hopper, in the second case, respectively, 80 kg of binder components and 20 kg of lump or ground sulfur are supplied. To obtain a homogeneous dry mixture in a drilling environment, a two-time refill is made from one mixing machine to another.

Были приготовлены три состава известного тампонажного материала, включающего вяжущее (портландцемент ПЦТ II-CC-100 по ГОСТ 1581-96, шлакопесчаноцементная смесь ШПЦС-120 и шлакопесчаная смесь с соотношением шлака и песка 3:1), а также 15 составов тампонажного материала согласно изобретению по три на каждый из пяти видов вяжущего (портландцемент ПЦТ II-СС-100 по ГОСТ 1581-96, шлакопортландцемент М 400 по ГОСТ 10178-76, глиноземистый цемент по ГОСТ 9552-76, шлакопесчаноцементная смесь ШПЦС-120 и шлакопесчаная смесь с соотношением шлака и песка 3:1) со средним и граничным содержанием серы. Приготовление тампонажного раствора и определение периода прокачиваемости осуществлялось в соответствии с ГОСТ 26798.1-96. Three compositions of the well-known cementing material were prepared, including a binder (Portland cement PCT II-CC-100 according to GOST 1581-96, slag-sand cement mixture ШПЦС-120 and slag-sand mixture with a slag / sand ratio of 3: 1), as well as 15 compositions of the cementing material according to the invention three for each of the five types of binder (Portland cement ПЦТ II-SS-100 according to GOST 1581-96, slag Portland cement М 400 according to GOST 10178-76, alumina cement according to GOST 9552-76, slag-sand cement mixture ШПЦС-120 and slag-sand mixture with slag ratio and sand 3: 1) with a middle and boundary sulfur content. The preparation of cement slurry and the determination of the pumpability period was carried out in accordance with GOST 26798.1-96.

Определение газопроницаемости цементного камня и оценка его прочности сцепления с колонной (по прочности контакта с ограничивающими поверхностями) производились в соответствии с методикой, предложенной в работе /1/. Испытание раствора и твердение образцов осуществлялись по режиму: 1 ч - нагрев до температуры 125^oС, 1 ч - выдержка при 125^oС, 1 ч - охлаждение до 75^oС и выдержка до 24 ч при 75^oС. Полученные результаты сведены в таблицу.Determination of the gas permeability of cement stone and assessment of its adhesion to the column (by the strength of contact with the bounding surfaces) were carried out in accordance with the method proposed in / 1 /. The test solution and hardening of the samples was carried out according to the regime: 1 h - heating to a temperature of 125 ^o C, 1 h - holding at 125 ^o C, 1 h - cooling to 75 ^o C and holding to 24 h at 75 ^o C. The results are summarized in table.

Данные, приведенные в таблице, свидетельствуют о том, что предлагаемый тампонажный материал с оптимальным соотношением компонентов по сравнению с известным характеризуется увеличенным периодом прокачиваемости (в среднем в 1,3 - 2,0 раза), отсутствием газопроницаемости цементного камня и повышенной прочностью его сцепления с колонной (в среднем в 5 раз). Улучшение свойств обусловлено физико-химическими свойствами серы, а именно ее плавлением при t>120^oC и отверждением при t<105^oC с плотным заполнением и отверждением цементной матрицы.The data presented in the table indicate that the proposed grouting material with an optimal ratio of components compared to the known one is characterized by an increased pumpability period (1.3 to 2.0 times on average), the absence of gas permeability of cement stone and its increased adhesion to column (an average of 5 times). The improvement of properties is due to the physicochemical properties of sulfur, namely its melting at t> 120 ^o C and curing at t <105 ^o C with dense filling and curing of the cement matrix.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Данюшевский B.C., Алиев P.M., Толстых И.Ф. Справочное руководство по тампонажным материалам. М.: Недра, 1987. -С.130-144.SOURCES OF INFORMATION
1. Daniushevsky BC, Aliev PM, Tolstoy I.F. Reference guide for cementing materials. M .: Nedra, 1987.-S. 130-144.

2. Афанасьев А.И., Ситрюков В.М., Кисленко Н.Н. и др. Технология переработки серы. М.: Недра, 1993. - С.79-95. 2. Afanasyev A.I., Sitryukov V.M., Kislenko N.N. et al. Sulfur processing technology. M .: Nedra, 1993. - S.79-95.

Claims

1. Grouting material for high-temperature wells, including a binder, characterized in that it additionally contains crushed sulfur in the following ratio of components, wt.%
Astringent - 80-95
Ground Sulfur - Else
2. Grouting material according to claim 1, characterized in that Portland cement is used as a binder.

3. Grouting material according to claim 1, characterized in that slag Portland cement is used as a binder.

4. Grouting material according to claim 1, characterized in that alumina cement is used as a binder.

5. Grouting material according to claim 1, characterized in that as a binder use slag sand and cement mixture.

6. Grouting material according to claim 1, characterized in that as a binder use slag sand mixture.