RU2366681C2 - Тиксотропный тампонажный раствор с нулевой степенью релаксации - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли и может быть использовано в процессе крепления пологих и горизонтальных стволов нефтяных и газовых скважин. Технический результат - повышение седиментационной устойчивости, обеспечение значения параметра степени релаксации напряжений, равного нулю, сохранение коллекторских свойств продуктивных пластов, снижение водоотдачи, обеспечение качественного крепления пологих и горизонтальных скважин. Тиксотропный тампонажный раствор содержит, мас.ч: цемент 100, комплексный реагент - стабилизатор 0,5-1,55, жидкость затворения 40-70, причем комплексный реагент-стабилизатор содержит, мас.ч.: соединение целлюлозы 0,25-1,0, реагент «Крепь» 0,3-0,55, пеногаситель ТБФ 0,012-0,05 или содержит, мас.ч.: понизитель водоотдачи серии КРК 0,8-1,2, реагент «Крепь» 0,3-0,7. 1 табл.

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли и может быть использовано в процессе крепления пологих и горизонтальных стволов нефтяных и газовых скважин.

Известны рецептуры тампонажных составов для цементирования наклонных скважин, включающие поливиниловый спирт (ЛВС) и пеногаситель, полиэтиленоксид (ПЭО) или комплексный реагент - понизитель водоотдачи КРК и хлористый кальций.

Недостатком таких тампонажных составов является то, что они не обладают достаточной седиментационной устойчивостью и не предотвращают образование канала у верхней стенки ствола, что создает опасность заколонных проявлений и межпластовых перетоков.

Наиболее близким к заявляемому составу по совокупности существенных признаков является тампонажный раствор, содержащий тампонажный цемент, комплексный реагент - стабилизатор, включающий сульфацелл С или комплексный реагент - понизитель водоотдачи КРК и воду и при необходимости - пеногаситель.

Недостатком такого тампонажного раствора является длительное время загустевания и срока схватывания (до 4 ч 00 мин и 5 ч 50 мин, соответственно, при температуре испытания 75°С).

Задачей, поставленной перед изобретением, является комплексное решение задачи качественного крепления пологих и горизонтальных скважин и разобщения пластов за счет подавления процесса седиментации в растворе и сокращения времени от начала до конца схватывания растворов различной плотности, обеспечивающего ранний набор прочности цементного камня.

Поставленная задача решается тем, что в тиксотропном тампонажном растворе содержащем цемент, комплексный реагент-стабилизатор, содержащий соединение целлюлозы и пеногаситель трибутилфосфат ТБФ или содержащий реагент - понизитель водоотдачи КРК и жидкость затворения, комплексный реагент-стабилизатор содержит в качестве соединения целлюлозы оксиэтилцеллюлозу или оксипропилцеллюлозу, или метилцеллюлозу, или метилоксипропилцеллюлозу, или метилоксиэтилцеллюлозу и дополнительно - реагент «Крепь» при следующем соотношении компонентов комплексного реагента-стабилизатора, мас.ч.: указанное соединение целлюлозы 0,25-1,0, реагент «Крепь» 0,3-0,55, пеногаситель ТБФ 0,012-0,05 или понизитель водоотдачи серии КРК 0,8-1,2, реагент «Крепь» 0,3-0,7, при следующем соотношении компонентов тампонажного раствора, мас.ч: цемент 100, указанный комплексный реагент - стабилизатор 0,5-1,55, жидкость затворения 40-70.

Техническим результатом, достигаемым заявляемым тампонажным раствором, является его высокая седиментационная устойчивость, достигающая того уровня, при котором значение параметра степени релаксации напряжений равно нулю. При этом сохраняются коллекторские свойства продуктивных пластов, приствольная зона не загрязняется фильтратом тампонажного раствора за счет снижения его водоотдачи при сохранении нормальных технологических параметров раствора, обеспечивающих его закачку в скважину и продавку в затрубное пространство. Благодаря приобретаемым свойствам, заявляемый тампонажный раствор обеспечивает качественное крепление пологих и горизонтальных скважин.

Синергетический эффект взаимодействия компонентов раствора определяется возникновением такой тиксотропной структуры раствора, которая способна многократно в процессе движения в скважине приобретать пластичность, а при остановках - образовывать устойчивую гелеобразную структуру, не пропускающую скважинные проявления.

Реагенты оксиэтилцеллюлоза (ОЭЦ), оксипропилцеллюлоза (ОПЦ), метилцеллюлоза (МЦ)и их сополимеры: метилоксипропилцеллюлоза (МОПЦ) и метилоксиэтилцеллюлоза (МОЭЦ) представляют собой порошкообразные или гранулированные материалы белого или кремового цвета, содержащие до 96% основного вещества со степенью полимеризации от 300 до 12000. Реагенты хорошо растворяются в воде, образуя растворы различной вязкости. Реагенты серийно выпускаются ЗАО «Полицелл» (ТУ 6-55-221-1210-91, 2231-013-32957739-01), ЗАО «Усольехимпром» (ТУ 2231-107-05742755-96) и др., а также поставляются из-за рубежа.

Комплексные реагенты - понизители водоотдачи КРК-75, КРК-40 разработаны и серийно выпускаются ОАО «НПО «Бурение» (ТУ 39-001147001-192-99) и представляют собой компаунды, содержащие пластификатор и понизитель водоотдачи. Комплексные реагенты серии «Крепь», являющиеся солями алюминия, разработаны и серийно выпускаются ОАО «НПО «Бурение» (ТУ 2231-233-00147001-2001).

Заявляемый тампонажный раствор готовят следующим образом.

Предварительно готовят раствор комплексного реагента - стабилизатора путем смешивания компонентов, для растворения которых допускается подогревать раствор до 45°С.

По массе навески цемента рассчитывают необходимые количества раствора комплексного реагента - стабилизатора и жидкости затворения - воды или получаемой, например, путем растворения минеральной добавки СаСl₂; в воде (4%-ный раствор) или NaCl в воде (5%-ный раствор). Введение в воду минеральных солей CaCl₂ и NaCl позволяет использовать заявляемую рецептуру в широком диапазоне температур для различных геолого-технических условий. Свойства получаемого тампонажного раствора позволяют использовать для его получения практически любого цемента в отличие от прототипа, предусматривающего использование только тампонажного цемента. При необходимости в раствор добавляют пеногаситель (в зависимости от геолого-технических условий скважины).

Тампонажный раствор готовят согласно ГОСТ 26798.1-2001.

В промысловых условиях для приготовления состава необходимо использовать гидроворонку и осреднительную емкость при температуре воды не более 40-45°С.

Основные показатели тампонажного раствора - плотность, растекаемость, коэффициент водоотстоя, прочность - определяются в соответствии с ГОСТ 26798.1-2001. Во всех примерах, представленных в таблице, величина водоотстоя равна 0.

Водоотдача определяется на приборе «Baroid» или его аналогах с применением фирменных фильтров Baroid или Fann.

Перед определением реологических параметров и степени релаксации приготовленный раствор термостатируют в консистометре КЦ-5 при непрерывном перемешивании в течение 2 ч для рецептур, испытываемых при температуре 75°С (рецептуры 3-11) и 1 ч 20 мин для рецептур, испытываемых при температуре 40°С (рецептуры 12-18). Время выведения на режим входит в полное время перемешивания и составляет примерно 25%.

Реологические параметры и степень релаксации определяются на многоскоростном реометре Baroid или Fann (стандарт API) с применением стакана, снабженного рубашкой, при непрерывной циркуляции горячей воды, обеспечиваемой термостатом U-1. Степень релаксации определяется согласно известной методике, после определения статического напряжения сдвига через 1 ч и 10 мин.

Время загустевания раствора определяется на консистометре КЦ-3 при давлении 30-35 МПа (температура 75°С, рецептуры 5-11) и 12-15 МПа (температура 40°С, рецептуры 12-18). Сроки схватывания определяются на установке УС-1 при тех же температурах и давлениях.

Для проведения лабораторных исследований были приготовлены тампонажные растворы с компонентными составами, приведенными в таблице.

Пример 1. Для приготовления тампонажного раствора на 1000 г (100 мас.ч.) цемента марки ПЦТ-1-100 взяли 8 г (0,8 мас.ч.) ОЭЦ, 5 г (0,5 мас.ч.) реагента «Крепь», 0,5 г (0,05 мас.ч) пеногасителя ТБФ и 450 г (45 мас.ч.) воды. Реагент «Крепь» растворили в воде, в полученный раствор добавили ОЭЦ, перемешали в течение 5 минут до получения однородного раствора, добавили в него ТБФ, после чего затворили цемент в соответствии с ГОСТ 26798.1-2001. Исследования проведены согласно описанным выше методикам, рабочая температура при термостатировании и определении степени релаксации составляла 75°С, давление при определении времени загустевания и сроков схватывания 35 МПа. Результаты приведены в таблице, рецептура 5.

Пример 2. Для приготовления тампонажного раствора на 1000 г (100 мас.ч.) цемента марки ПЦТ-1-100 взяли 10 г (1 мас.ч.) ОЭЦ, 3 г (0,3 мас.ч.) реагента «Крепь», 0,5 г (0,05 мас.ч.) пеногасителя ТБФ и 500 г (50 мас.ч.) воды. Раствор приготовили и исследовали по примеру 1. Результаты приведены в таблице, рецептура 6.

Пример 3. Для приготовления тампонажного раствора на 1000 г (100 мас.ч.) цемента марки ПЦТ-1-100 взяли 4,5 г (0,45 мас.ч.) ОЭЦ, 5 г (0,5 мас.ч.) реагента «Крепь», 0,5 г (0,05 мас.ч.) пеногасителя ТБФ и 450 г (45 мас.ч.) воды. Раствор приготовили и исследовали по примеру 1. Результаты приведены в таблице, рецептура 7.

Пример 4. Для приготовления тампонажного раствора на 1000 г (100 мас.ч.) цемента марки ПЦТ-1-100 взяли 8,0 г (0,8 мас.ч.) КРК-75, 7 г реагента «Крепь» и 500 г (50 мас.ч.) воды. Раствор приготовили по примеру 1, добавляя в раствор вместо ОЭЦ реагент КРК-75. Исследования провели согласно описанным выше методикам. Результаты приведены в таблице, рецептура 10.

Пример 5. Для приготовления тампонажного раствора на 1000 г (100 мас.ч.) цемента марки ПЦТ-1-100 взяли 12,0 г (1,2 мас.ч.) КРК-75, 3 г (0,3 мас.ч.) реагента «Крепь» и 450 г (45 мас.ч.) воды. Раствор приготовили по примеру 1, добавляя в раствор вместо ОЭЦ реагент КРК-75. Исследования провели согласно описанным выше методикам. Результаты приведены в таблице, рецептура 11.

Пример 6. Для приготовления тампонажного раствора на 1000 г (100 мас.ч.) цемента марки ПЦТ-1-50 взяли 8,0 г (0,8 мас.ч.) КРК-40, 6 г (0,6 мас.ч.) реагента «Крепь» и 500 г (50 мас.ч.) воды. Раствор приготовили по примеру 1, добавляя в раствор вместо ОЭЦ реагент КРК-40. Исследования провели согласно описанным выше методикам. Результаты приведены в таблице, рецептура 16.

Пример 7. Для приготовления тампонажного раствора на 1000 г (100 мас.ч.) цемента марки ПЦТ-1-50 взяли 10 г (1 мас.ч.) КРК-40, 4 г (0,4 мас.ч.) реагента «Крепь» и 450 г (45 мас.ч.) воды. Раствор приготовили по примеру 1, добавляя в раствор вместо ОЭЦ реагент КРК-40. Исследования провели согласно описанным выше методикам. Результаты приведены в таблице, рецептура 17.

Пример 8. Для приготовления тампонажного раствора на 1000 г (100 мас.ч.) цемента марки ПЦТ-1-50 взяли 6,0 г (0,6 мас.ч.) МЦ, 5 г (0,5 мас.ч.) реагента «Крепь», 0,5 г (0,05 мас.ч.) пеногасителя ТБФ и 450 г (45 мас.ч.) воды. Раствор приготовили по примеру 1. Исследования провели согласно описанным выше методикам. Результаты приведены в таблице, рецептура 13.

Пример 9. Для приготовления тампонажного раствора на 1000 г (100 мас.ч.) цемента марки ПЦТ-1-50 взяли 8,0 г (0,8 мас.ч.) МОЭЦ, 6 г (0,6 мас.ч.) реагента «Крепь», 0,5 г (0,05 мас.ч.) пеногасителя ТБФ и 500 г воды. Раствор приготовили по примеру 1. Исследования провели согласно описанным выше методикам. Результаты приведены в таблице, рецептура 14.

Пример 10. Для приготовления тампонажного раствора на 1000 г (100 мас.ч.) цемента марки ПЦТ-1-100 взяли 6,0 г (0,6 мас.ч.) КРК-75, 5 г (0,5 мас.ч.) реагента «Крепь» и 500 г (50 мас.ч.) жидкости затворения в виде 4%-ного раствора СаСl₂ в воде. Раствор приготовили по примеру 1. Исследования провели согласно описанным выше методикам. Результаты приведены в таблице, рецептура 19.

Пример 11. Для приготовления тампонажного раствора на 1000 г (100 мас.ч.) цемента марки ПЦТ-1-50 взяли 10,0 г (1 мас.ч.) ОЭЦ, 3 г (0,3 мас.ч.) реагента «Крепь», 0,5 г (0,05 мас.ч.) пеногасителя ТБФ и 500 г (50 мас.ч.) жидкости затворения в виде 4%-ного раствора NaCl в воде. Раствор приготовили по примеру 1. Исследования провели согласно описанным выше методикам. Результаты приведены в таблице, рецептура 20.

Пример 12. Для приготовления тампонажного раствора на 1000 г (100 мас.ч.) цемента марки ПЦТ-Ш об 4-50 (с облегчающей добавкой) взяли 2,5 г (0,25 мас.ч.) ОЭЦ, 5,5 г (0,55 мас.ч.) реагента «Крепь», 0,12 г (0,012 мас.ч.) пеногасителя ТБФ и 700 г (70 мас.ч.) жидкости затворения в виде 4%-ного раствора CaCl₂ в воде. Раствор приготовили по примеру 1. Исследования провели согласно описанным выше методикам. Результаты приведены в таблице, рецептура 21.

Анализ таблицы показывает, что известные тампонажные растворы (рецептуры 1-4) значительно уступают заявляемому по степени релаксации напряжений, водоотдаче, имеют длинные сроки схватывания. Заявляемое же техническое решение обеспечивает высокое качество крепления скважин и разобщения пластов в пологих и горизонтальных скважинах, а также защиту продуктивного пласта от загрязнения фильтратом и сохранение его коллекторских свойств в интервале забойных температур от 30 до 90°С.

Claims (1)

1. Тиксотропный тампонажный раствор, содержащий цемент, комплексный реагент-стабилизатор, содержащий соединение целлюлозы и пеногаситель ТБФ или содержащий реагент - понизитель водоотдачи КРК, и жидкость затворения, отличающийся тем, что комплексный реагент-стабилизатор содержит в качестве соединения целлюлозы оксиэтилцеллюлозу или оксипропилцеллюлозу, или метилцеллюлозу, или метилоксипропилцеллюлозу, или метилоксиэтилцеллюлозу и дополнительно - реагент «Крепь» при следующем соотношении компонентов комплексного реагента-стабилизатора, мас.ч.: указанное соединение целлюлозы 0,25-1,0, реагент «Крепь» 0,3-0,55, пеногаситель ТБФ 0,012-0,05 или понизитель водоотдачи серии КРК 0,8-1,2, реагент «Крепь» 0,3-0,7, при следующем соотношении компонентов тампонажного раствора, мас.ч:
   цемент 100 указанный комплексный реагент - стабилизатор 0,5-1,55 жидкость затворения 40-70