RU2761317C1 - Portland cement plugging composition - Google Patents
Portland cement plugging composition Download PDFInfo
- Publication number
- RU2761317C1 RU2761317C1 RU2020138134A RU2020138134A RU2761317C1 RU 2761317 C1 RU2761317 C1 RU 2761317C1 RU 2020138134 A RU2020138134 A RU 2020138134A RU 2020138134 A RU2020138134 A RU 2020138134A RU 2761317 C1 RU2761317 C1 RU 2761317C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- portland cement
- composition
- plugging
- rock
- salt
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 title claims abstract description 22
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 29
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 9
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910021487 silica fume Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 7
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims abstract description 7
- 150000007942 carboxylates Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000003129 oil well Substances 0.000 claims description 6
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 abstract description 47
- 230000003204 osmotic effect Effects 0.000 abstract description 11
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 abstract description 10
- 239000011435 rock Substances 0.000 abstract description 9
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 6
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910021653 sulphate ion Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 24
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 22
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 15
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 239000008398 formation water Substances 0.000 description 9
- 239000010442 halite Substances 0.000 description 8
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 7
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 6
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000663 Hydroxyethyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 2
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 235000019447 hydroxyethyl cellulose Nutrition 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 2
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- MYSAXQPTXWKDPQ-UHFFFAOYSA-N 2-nitro-4-(trifluoromethyl)benzoic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=C(C(F)(F)F)C=C1[N+]([O-])=O MYSAXQPTXWKDPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004354 Hydroxyethyl cellulose Substances 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000566515 Nedra Species 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YDONNITUKPKTIG-UHFFFAOYSA-N [Nitrilotris(methylene)]trisphosphonic acid Chemical compound OP(O)(=O)CN(CP(O)(O)=O)CP(O)(O)=O YDONNITUKPKTIG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 1
- 239000010425 asbestos Substances 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000011440 grout Substances 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L magnesium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Mg+2] VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000347 magnesium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 229910001862 magnesium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000000979 retarding effect Effects 0.000 description 1
- 229910052895 riebeckite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- AYEKOFBPNLCAJY-UHFFFAOYSA-O thiamine pyrophosphate Chemical compound CC1=C(CCOP(O)(=O)OP(O)(O)=O)SC=[N+]1CC1=CN=C(C)N=C1N AYEKOFBPNLCAJY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
- C04B28/04—Portland cements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
- C09K8/42—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells
- C09K8/46—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells containing inorganic binders, e.g. Portland cement
- C09K8/467—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells containing inorganic binders, e.g. Portland cement containing additives for specific purposes
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
- E21B33/10—Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
- E21B33/13—Methods or devices for cementing, for plugging holes, crevices or the like
- E21B33/138—Plastering the borehole wall; Injecting into the formation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Geology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)
- Soil Conditioners And Soil-Stabilizing Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области цементирования обсадных колонн в нефтяных, газовых и газоконденсатных скважинах в интервалах каменной соли (галита) при наличии пластов с полиминеральными водами высокой степени минерализации (от 200 г/л до 450 г/л) и низкими положительными температурами (10-15°С) (например, кембрийские и венд-рифейские отложения месторождений юго-запада республики Саха (Якутия).The invention relates to the field of casing cementing in oil, gas and gas condensate wells in rock salt intervals (halite) in the presence of reservoirs with polymineral waters of a high degree of mineralization (from 200 g / l to 450 g / l) and low positive temperatures (10-15 ° С) (for example, Cambrian and Vendian-Riphean deposits of deposits in the south-west of the Republic of Sakha (Yakutia).
Известен тампонажный состав для крепления скважин в соленосных отложениях, приготавливаемый путем затворения тампонажного цемента насыщенным раствором хлорида натрия с добавлением 3-5% хлорида кальция для повышения скорости схватывания и твердения (Булатов А.И., Мариампольский Н.А. Регулирование технологических показателей тампонажных растворов. - М.: Недра, 1988. - С. 58-60, 224 с).Known grouting composition for cementing wells in saline deposits, prepared by mixing grouting cement with a saturated solution of sodium chloride with the addition of 3-5% calcium chloride to increase the speed of setting and hardening (Bulatov A.I., Mariampolsky N.A. Regulation of technological parameters of grouting solutions . - M .: Nedra, 1988. - S. 58-60, 224 s).
Недостатком известного тампонажного раствора является высокая плотность (1990-2010 кг/м3), низкая растекаемость и отсутствие понизителя водоотдачи, что создает риски потери части жидкости затворения при прохождении раствора вдоль проницаемых пород, чрезмерного увеличения консистенции и возникновения поглощений в процессе цементирования.The disadvantage of the known grouting slurry is its high density (1990-2010 kg / m 3 ), low spreadability and the absence of a fluid loss reducer, which creates the risk of loss of part of the grouting fluid when the slurry passes along permeable rocks, an excessive increase in consistency and the occurrence of losses during the cementing process.
Известен тампонажный состав, предназначенный для цементирования скважин с нормальными и умеренными температурами, содержащий, мас. ч.: портландцемент тампонажный - 80-120; золу-уноса - 80-120; асбест - 2-3; минеральную соль - 1,0-1,5; воду - 120 [RU 2013525 С1, МПК Е21В 33/138, опубл. 30.05.1994]. Тампонажный состав характеризуется деформирующими свойствами при одновременном повышении прочности цементного камня и сцеплении его с обсадной колонной.Known grouting composition intended for cementing wells with normal and moderate temperatures, containing, by weight. h .: Portland oil-well cement - 80-120; fly ash - 80-120; asbestos - 2-3; mineral salt - 1.0-1.5; water - 120 [RU 2013525 C1, IPC E21B 33/138, publ. 05/30/1994]. The grouting composition is characterized by deforming properties while increasing the strength of the cement stone and its adhesion to the casing.
Недостатком известного состава является низкая минерализация жидкости затворения и возможность растворения солевых стенок скважины в период ожидания затвердевания цемента (ОЗЦ) с нарушением герметичности затрубного пространства. Раствор тампонажного состава имеет низкие значения растекаемости, а получаемый камень характеризуется невысокими значениями прочности при низких положительных температурах и недостаточной стойкостью к коррозионному воздействию полиминеральных пластовых вод высокой степени минерализации.The disadvantage of the known composition is the low salinity of the mixing fluid and the possibility of dissolution of the salt walls of the well during the waiting period for cement hardening (WCC) with violation of the tightness of the annulus. The grouting solution has low spreading values, and the resulting stone is characterized by low strength values at low positive temperatures and insufficient resistance to the corrosive effects of polymineral formation waters with a high degree of mineralization.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по составу является облегченная тампонажная смесь, включающая, мас. %: портландцемент тампонажный - 47,83-48,77; золу уноса ТЭЦ - 44,94-47,8; микрокремнезем МК-85 - 0,96-2,93; регулятор структурообразования -гидроксиэтилцеллюлозу Натросол 250 - 0,29-0,49; нитрилотриметилфосфоновую кислоту НТФК - 0,01-0,02; хлорид натрия -1,95-3,83 [RU 2642897 С1, МПК C09K 8/42, E21B 33/138, опубл. 29.01.2018]. Облегченная тампонажная смесь предназначена для цементирования протяженных (более 2500 м) обсадных колонн в одну ступень одним составом с плотностью раствора 1600±20 кг/м3 по всему интервалу размещения. Повышение качества крепления скважин обеспечивается путем улучшения физико-механических свойств тампонажного состава и формируемого камня за счет повышения его прочности по всему интервалу размещения при нормальных и умеренных температурах и обеспечения необходимого времени загустевания для безопасного выполнения работ по цементированию.Closest to the claimed invention in composition is a lightweight grout mixture, including, by weight. %: Portland oil-well cement - 47.83-48.77; fly ash from TPP - 44.94-47.8; microsilica MK-85 - 0.96-2.93; structure formation regulator - hydroxyethyl cellulose Natrosol 250 - 0.29-0.49; nitrilotrimethylphosphonic acid NTFA - 0.01-0.02; sodium chloride -1.95-3.83 [RU 2642897 C1, IPC C09K 8/42, E21B 33/138, publ. 01/29/2018]. Lightweight grouting mixture is intended for cementing long (more than 2500 m) casing strings in one stage with one compound with a slurry density of 1600 ± 20 kg / m 3 throughout the placement interval. Improving the quality of well casing is ensured by improving the physical and mechanical properties of the grouting composition and the formed stone by increasing its strength throughout the placement interval at normal and moderate temperatures and ensuring the necessary thickening time for the safe performance of cementing works.
Недостатками известного состава являются невозможность применения для цементирования обсадных колонн в солевых интервалах из-за низкой минерализации водной фазы, и неудовлетворительные физико-механические свойства облегченного камня при низких положительных температурах.The disadvantages of the known composition are the impossibility of using casing strings for cementing in salt intervals due to the low salinity of the aqueous phase, and the unsatisfactory physical and mechanical properties of the lightweight stone at low positive temperatures.
Помимо невыполнения условий герметичности затрубного пространства в солевых интервалах, невысокая минерализация жидкой фазы тампонажного раствора облегченной смеси является причиной возникновения осмотического перетока между поровой жидкостью камня и намного более минерализованной пластовой водой, обусловленного наличием полупроницаемых свойств у тампонажного камня. Осмотический эффект приводит к обезвоживанию тампонажного экрана, а возникающее осмотическое давление может быть причиной последующего разрушения («разрыва») камня и формирования хорошо проводящих каналов, т.е. к нарушению герметичности заколонного пространства уже в интервале проницаемых (несолевых) пород.In addition to the failure to meet the tightness conditions of the annular space in the salt intervals, the low salinity of the liquid phase of the backfill slurry of the lightweight mixture is the cause of the osmotic flow between the pore fluid of the stone and much more saline formation water, due to the presence of semi-permeable properties in the backfill. The osmotic effect leads to dehydration of the plugging screen, and the arising osmotic pressure can cause the subsequent destruction ("rupture") of the stone and the formation of well-conducting channels, i.e. to a breach of the tightness of the annulus already in the interval of permeable (non-salt) rocks.
Совокупность указанных недостатков не позволяет обеспечить надежное и долговечное разобщение пластов применительно к условиям месторождений Восточной Сибири, для которых характерно наличие солевых интервалов, указанных типов пластовых вод в горизонтах с низкими положительными температурами.The combination of these disadvantages does not allow to ensure reliable and durable separation of layers in relation to the conditions of fields in Eastern Siberia, which are characterized by the presence of salt intervals, the indicated types of formation waters in horizons with low positive temperatures.
Техническая проблема, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении качества цементирования обсадных колонн в интервалах каменной соли (галита) при наличии пластов с полиминеральными водами высокой степени минерализации (от 200 г/л до 450 г/л) и низкими положительными температурами (10-15°С).The technical problem to be solved by the present invention is to improve the quality of casing cementing in rock salt intervals (halite) in the presence of reservoirs with polymineral waters of a high degree of mineralization (from 200 g / l to 450 g / l) and low positive temperatures ( 10-15 ° C).
Техническим результатом является создание минерализованного тампонажного портландцементного состава, позволяющего приготавливать тампонажный раствор с необходимыми технологическими свойствами, предотвращающими растворение каменной соли в период ОЗЦ, и формировать коррозионностойкий камень за счет исключения осмотического перетока и разрушения камня под действием осмотического давления.The technical result is the creation of a mineralized backfill Portland cement composition, which makes it possible to prepare a backfill slurry with the necessary technological properties that prevent the dissolution of rock salt during the OZZ period, and to form a corrosion-resistant stone by eliminating osmotic flow and destruction of the stone under the action of osmotic pressure.
Указанный технический результат достигается тем, что тампонажный портландцементный состав содержит смесь сухих компонентов - тампонажного портландцемента бездобавочного высокой сульфатостойкости ПЦТ I-G-CC-1, кварца молотого пылевидного марки «Б», золы-уноса 3У КУК-Б-3, микрокремнезема конденсированного МК-85, и добавки, включающей пластификатор карбоксилатного типа EasyFLOW PC, хлорид кальция, 18%-ный раствор хлорида натрия при следующем соотношении указанных сухих компонентов, мас. ч.: тампонажный портландцемент бездобавочный высокой сульфатостойкости ПЦТ I-G-CC-1 - 48-52, кварц молотый пылевидный марки «Б» - 23-26, зола-уноса 3У КУК-Б-3 - 20-22, микрокремнезем конденсированный МК-85 - 3-4, причем содержание добавок на 100 мас.ч. смеси указанных сухих компонентов составляет, мас. %: указанный пластификатор - 0,05-0,10, хлорид кальция 2-4, 18%-ный раствор хлорида натрия - 53.The specified technical result is achieved by the fact that the backfill Portland cement composition contains a mixture of dry components - oilfill Portland cement without additive high sulfate resistance PCT IG-CC-1, ground pulverized quartz grade "B", fly ash 3U KUK-B-3, condensed microsilica MK-85 , and an additive including a plasticizer of the carboxylate type EasyFLOW PC, calcium chloride, 18% sodium chloride solution in the following ratio of the specified dry components, wt. including: backfill Portland cement without additives of high sulfate resistance PCT IG-CC-1 - 48-52, ground pulverized quartz grade "B" - 23-26, fly ash 3U KUK-B-3 - 20-22, condensed silica fume MK-85 - 3-4, and the content of additives per 100 wt.h. the mixture of these dry components is, wt. %: the specified plasticizer - 0.05-0.10, calcium chloride 2-4, 18% sodium chloride solution - 53.
Достижение указанного технического результата обеспечивается за счет применения указанных компонентов (количественного и качественного) в заявляемом тампонажном портландцементном составе, совместное применение которых позволяет получить состав с необходимыми технологическими свойствами, предотвращающими растворение каменной соли в период ОЗЦ, и формировать коррозионностойкий камень за счет исключения осмотического перетока и разрушения камня под действием осмотического давления.Achievement of the specified technical result is ensured through the use of the specified components (quantitative and qualitative) in the claimed grouting Portland cement composition, the combined use of which makes it possible to obtain a composition with the necessary technological properties that prevent the dissolution of rock salt during the OZTs, and to form a corrosion-resistant stone by eliminating osmotic overflow and destruction of the stone under the influence of osmotic pressure.
Благодаря сочетанию указанной минерализованной жидкости затворения по хлориду натрия и наличия более активной соли хлорида кальция, происходят два взаимодополняющих процесса: при низких положительных температурах снижается активность взаимодействия двухкомпонентной жидкой фазы тампонажного раствора с солевой породой и значительно сокращается растворение каменной соли (галита) на стенках скважины в период ОЗЦ; наличие хлорида кальция способствует ускорению образования гидратных соединений портландцемента и связыванию жидкой фазы раствора, что также обуславливает снижение растворения галита как за счет повышения концентрации солей в жидкой фазе, так и за счет сокращения времени активного взаимодействия тампонажного раствора и солевой породы.Due to the combination of the specified mineralized mixing liquid for sodium chloride and the presence of a more active salt of calcium chloride, two complementary processes occur: at low positive temperatures, the activity of interaction of the two-component liquid phase of the cement slurry with salt rock decreases and the dissolution of rock salt (halite) on the walls of the well in OZT period; the presence of calcium chloride promotes the acceleration of the formation of hydrated compounds of Portland cement and the binding of the liquid phase of the solution, which also causes a decrease in the dissolution of halite both by increasing the concentration of salts in the liquid phase and by reducing the time of active interaction of the cement slurry and salt rock.
Разноразмерность частиц и заданное соотношение тампонажного портландцемента и минеральных добавок в смеси, обеспечивают при твердении раствора формирование тампонажного камня без полупроницаемых свойств, с определенным уровнем фильтрационной проницаемости, исключающей, в совокупности с минерализацией водной фазы, возникновение осмотического перетока и разрушение камня при контакте с пластовыми водами высокой степени минерализации. Кроме того, невысокое содержание вяжущего материала в смеси снижает возможность значительного контракционного поглощения пластовой воды тампонажным камнем на начальной стадии твердения, а наличие в МК-85 кремнезема в аморфном виде позволяет связывать образующийся при гидратации (хотя и в меньшем объеме) гидроксид кальция в стойкие низкоосновные гидросиликаты кальция, не подверженные выщелачивающему действию компонентов пластовой воды. Отсутствие «свободного» гидроксида кальция изначально предотвращает образование в большом объеме коллоидных частиц гидроксида магния при взаимодействии камня с пластовой водой, что является дополнительным фактором, исключающим формирование зоны со свойствами осмотической перегородки.The different size of particles and a given ratio of backfill Portland cement and mineral additives in the mixture ensure, during the hardening of the solution, the formation of backfill stone without semi-permeable properties, with a certain level of filtration permeability, which, together with the mineralization of the water phase, excludes the occurrence of osmotic flow and destruction of the stone in contact with formation waters high degree of mineralization. In addition, the low content of binder in the mixture reduces the possibility of significant contraction absorption of formation water by the backfill at the initial stage of hardening, and the presence of amorphous silica in MK-85 makes it possible to bind calcium hydroxide formed during hydration (albeit in a smaller volume) into stable low-basic hydrosilicates of calcium, not subject to the leaching action of the components of formation water. The absence of "free" calcium hydroxide initially prevents the formation of colloidal particles of magnesium hydroxide in a large volume when the stone interacts with formation water, which is an additional factor that excludes the formation of a zone with the properties of an osmotic partition.
Пластификатор карбоксилатного типа является вспомогательным компонентом, обеспечивающим приготовление на основе минерализованного тампонажного состава с необходимыми реологическими свойствами, и не оказывающего замедляющего действия при твердении раствора в условиях низких положительных температур. Хлорид кальция, помимо повышения уровня минерализации жидкости затворения и снижения растворимости галита, оказывает ускоряющее действие и повышает прочность камня.The plasticizer of the carboxylate type is an auxiliary component that ensures the preparation based on a mineralized grouting composition with the necessary rheological properties, and does not have a retarding effect during the hardening of the solution at low positive temperatures. Calcium chloride, in addition to increasing the level of mineralization of the mixing liquid and reducing the solubility of halite, has an accelerating effect and increases the strength of the stone.
Для приготовления тампонажного портландцементного состава использовали следующие компоненты:To prepare the backfill Portland cement composition, the following components were used:
тампонажный портландцемент бездобавочный высокой сульфатостойкости ПЦТ I-G-CC-1 по ГОСТ 1581-96;oil-well Portland cement without additives of high sulfate resistance PCT I-G-CC-1 in accordance with GOST 1581-96;
- зола-уноса топливных электростанций ЗУ КУК-Б-3, III вида по ГОСТ 25818-2017;- fly ash from fuel power plants ZU KUK-B-3, type III according to GOST 25818-2017;
- кварц молотый пылевидный марки «Б» по ГОСТ 9077-82;- ground pulverized quartz grade "B" in accordance with GOST 9077-82;
- микрокремнезем конденсированный МК-85 по ТУ 5743-048-02495332-1996.- condensed silica fume MK-85 according to TU 5743-048-02495332-1996.
- хлорид натрия по ГОСТ 4233-77;- sodium chloride in accordance with GOST 4233-77;
- хлорид кальция по ГОСТ 450-77;- calcium chloride in accordance with GOST 450-77;
- пластификатор карбоксилатного типа EasyFLOW PC по ТУ 2458-027-33217677-2017.- plasticizer of the carboxylate type EasyFLOW PC according to TU 2458-027-33217677-2017.
Тампонажный портландцементный состав в лабораторных условиях готовили следующим образом.Backfill Portland cement composition in laboratory conditions was prepared as follows.
Вначале смешивались в заданных соотношениях тампонажный портландцемент бездобавочный высокой сульфатостойкости, кварц молотый пылевидный марки «Б», зола-уноса ЗУ КУК-Б-3, микрокремнезем конденсированный МК-85 и смесь перемешивалась до гомогенного состояния. Жидкость затворения для тампонажного портландцементного состава приготавливалась путем последовательного растворения в воде NaCl до достижения раствором плотности 1,12 г/см3, пластификатора карбоксилатного типа EasyFLOW PC и CaCl2.First, they mixed in the given ratios non-additive portland cement with high sulfate resistance, ground pulverized quartz of grade "B", fly ash ZU KUK-B-3, condensed silica fume MK-85, and the mixture was mixed until homogeneous. The mixing liquid for the grouting Portland cement composition was prepared by sequentially dissolving NaCl in water until the solution reached a density of 1.12 g / cm 3 , EasyFLOW PC carboxylate plasticizer and CaCl 2 .
Затворение тампонажных растворов заявляемого состава осуществлялось по методике ГОСТ 26798.1-96 «Цементы тампонажные. Методы испытаний».The mixing of grouting slurries of the claimed composition was carried out according to the method of GOST 26798.1-96 “Grouting cements. Test methods ".
Для оценки растворения галита тампонажным раствором заявляемого состава в качестве модели солевой породы использовались образцы цилиндрической формы (диаметром 29 мм и высотой 38 мм), полученные спрессовыванием измельченного галита (керновый материал Ковыктинского НГКМ) при давлении 41,4 МПа.To assess the dissolution of halite by the grouting solution of the claimed composition, cylindrical samples (29 mm in diameter and 38 mm in height) were used as a model of salt rock, obtained by pressing crushed halite (core material of the Kovykta oil and gas condensate field) at a pressure of 41.4 MPa.
После измерения массы, высоты и диаметра солевой образец размещался в середину собранной и загерметизированной (в нижней части) формы-конуса для определения сроков схватывания. Тампонажный раствор заливался в оставшееся пространство до уровня, равного высоте солевого образца. После этого форма-конус помещалась в холодильную камеру и выдерживалась 1 сутки при температуре (10±2)°С.After measuring the mass, height and diameter, the salt sample was placed in the middle of the assembled and sealed (in the lower part) cone shape to determine the setting time. The grouting slurry was poured into the remaining space to a level equal to the height of the salt sample. After that, the cone shape was placed in a refrigerator and kept for 1 day at a temperature of (10 ± 2) ° C.
По окончании хранения фиксировалось состояние контакта солевого образца с тампонажным камнем в форме-конусе (наличие или отсутствие зазора, наличие сцепления), образец извлекался и измерялась его масса, высота и диаметр.At the end of storage, the state of contact of the salt sample with the plugging stone in the form of a cone (presence or absence of a gap, presence of adhesion) was recorded, the sample was removed and its weight, height and diameter were measured.
Критерием отсутствия растворения солевого образца тампонажным раствором в процессе твердения являлось отсутствие зазора между камнем и образцом, сохранение (или некоторое увеличение) массы солевого образца, сохранение его размеров, а также наличие сцепления с камнем.The criterion for the absence of dissolution of the salt sample by the cement slurry during hardening was the absence of a gap between the stone and the sample, the retention (or some increase) in the mass of the salt sample, the retention of its dimensions, and the presence of adhesion to the stone.
Для определения коррозионной стойкости камня, из тампонажного раствора изготавливались 6 образцов-кубиков по ГОСТ 26798.2-96. После хранения в холодильной камере в течение 48 ч при температуре (10±2)°С, у двух образцов-кубиков определялся предел прочности при сжатии по ГОСТ 26798.2-96, а остальные размещались в модель пластовой воды и хранились в холодильной камере при температуре (10±2)°С в течение 30 суток. По истечении 30 суток определялся предел прочности камня при сжатии по ГОСТ 26798.2-96 и полученные значения сопоставлялись с исходными. Модель пластовой воды плотностью 1,27 г/см3, представляла собой раствор хлоридов кальция (234,0 г/л), натрия (68,4 г/л), магния (51,8 г/л) и калия (2,5 г/л), и соответствовала по составу полиминеральным пластовым водам месторождений Восточной Сибири.To determine the corrosion resistance of the stone, 6 sample cubes were made from the grouting slurry in accordance with GOST 26798.2-96. After storage in a refrigerating chamber for 48 h at a temperature of (10 ± 2) ° C, the ultimate compressive strength of two cube specimens was determined in accordance with GOST 26798.2-96, and the rest were placed in a model of formation water and stored in a refrigerating chamber at a temperature ( 10 ± 2) ° С for 30 days. After 30 days, the compressive strength of the stone was determined in accordance with GOST 26798.2-96 and the obtained values were compared with the initial values. The model of formation water with a density of 1.27 g / cm 3 was a solution of calcium (234.0 g / l), sodium (68.4 g / l), magnesium (51.8 g / l) and potassium (2, 5 g / l), and corresponded in composition to the polymineral formation waters of the Eastern Siberia fields.
Пример. Для приготовления тампонажного раствора (состав №2 в таблице) необходимо взять 530 г 18%-ного водного раствора NaCl (плотностью 1,12 г/см3), при перемешивании на магнитной мешалке ввести 1,0 г EasyFLOW PC, перемешать 5 мин, добавить 40 г CaCl2 и перемешать в течение 20 мин. Готовым водным раствором реагентов затворить 1000 г предварительно приготовленной сухой смеси, состоящей из 480 г ПЦТ I-G-CC-1, 260 г Кварца Б, 220 г 3У КУК-Б-3, 40 г МК-85. Затворенный состав перемешивают в лабораторной мешалке в течение трех минут, определяют показатели: плотность, растекаемость тампонажного раствора, заливают его в форму-конус с солевым образцом и в формы-кубики, которые помещают в холодильную камеру и хранят при температуре (10±2)°С в течение 24 ч и 48 ч соответственно.Example. To prepare the grouting solution (composition No. 2 in the table), you need to take 530 g of an 18% aqueous solution of NaCl (with a density of 1.12 g / cm 3 ), while stirring on a magnetic stirrer, add 1.0 g of EasyFLOW PC, mix for 5 minutes, add 40 g CaCl 2 and mix for 20 minutes. Mix 1000 g of a pre-prepared dry mixture consisting of 480 g of PCT IG-CC-1, 260 g of Quartz B, 220 g of 3U KUK-B-3, 40 g of MK-85 with a ready-made aqueous solution of reagents. The mixed composition is mixed in a laboratory mixer for three minutes, the indicators are determined: density, spreading of the cement slurry, pour it into a cone mold with a salt sample and into cubic molds, which are placed in a refrigerator and stored at a temperature of (10 ± 2) ° C for 24 hours and 48 hours, respectively.
По истечении указанного времени контакта с тампонажным раствором, солевой образец сохраняет размеры, незначительно увеличивается его масса, отсутствует зазор на контакте образца с камнем и фиксируется их сцепление, что указывает на отсутствие растворения солевого образца при твердении тампонажного раствора.After the specified time of contact with the cement slurry, the salt sample retains its dimensions, its weight increases slightly, there is no gap at the contact of the sample with the stone and their adhesion is fixed, which indicates the absence of dissolution of the salt sample during hardening of the cement slurry.
Исходные значения предела прочности образцов-кубиков после твердения при температуре (10±2)°С в течение 48 ч составили 4,69 МПа, а после выдержки в модели пластовой воды в течение 30 суток - 14,54 МПа. Таким образом, отсутствие снижения прочности у образцов камня и отсутствие у них дефектов и разрушений после взаимодействия с моделью пластовой воды, указывают на коррозионную стойкость камня заявляемого тампонажного портландцементного состава.The initial values of the ultimate strength of the cube specimens after hardening at a temperature of (10 ± 2) ° C for 48 h were 4.69 MPa, and after holding in the formation water model for 30 days - 14.54 MPa. Thus, the absence of a decrease in the strength of the stone samples and the absence of defects and damage in them after interaction with the formation water model indicate the corrosion resistance of the stone of the inventive backfill Portland cement composition.
Примеры приготовления и испытания остальных составов, приведенных в таблице, аналогичны вышеописанному.Examples of preparation and testing of the rest of the compositions shown in the table are similar to those described above.
Как видно из таблицы, заявляемый тампонажный портландцементный состав при указанных соотношениях компонентов позволяет приготавливать тампонажный раствор, предотвращающий растворение солевой породы (галита) в период твердения и обеспечивающий сцепление формируемого камня и солевой породы, а сам камень характеризуется необходимыми прочностными характеристиками и стойкостью к коррозионному воздействию полиминеральной пластовой воды при температуре (10±2)°С.As can be seen from the table, the claimed grouting Portland cement composition with the indicated ratios of the components allows the preparation of grouting slurry that prevents the dissolution of salt rock (halite) during the hardening period and provides adhesion of the formed stone and salt rock, and the stone itself is characterized by the necessary strength characteristics and resistance to the corrosive effects of polymineral formation water at a temperature of (10 ± 2) ° С.
Благодаря указанным свойствам тампонажный портландцементный состав позволяет обеспечить надежное и долговечное разобщение пластов применительно к условиям месторождений Восточной Сибири, для которых характерно наличие солевых интервалов, указанных типов пластовых вод в горизонтах с низкими положительными температурами.Due to the specified properties, the Portland cement grouting composition allows to ensure reliable and durable separation of layers as applied to the conditions of fields in Eastern Siberia, which are characterized by the presence of salt intervals, the indicated types of formation waters in horizons with low positive temperatures.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020138134A RU2761317C1 (en) | 2020-11-19 | 2020-11-19 | Portland cement plugging composition |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020138134A RU2761317C1 (en) | 2020-11-19 | 2020-11-19 | Portland cement plugging composition |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2761317C1 true RU2761317C1 (en) | 2021-12-08 |
Family
ID=79174371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020138134A RU2761317C1 (en) | 2020-11-19 | 2020-11-19 | Portland cement plugging composition |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2761317C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2782526C1 (en) * | 2022-03-21 | 2022-10-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром проектирование" | Weighted mineralized grouting portland cement composition |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1241886A (en) * | 1968-06-28 | 1971-08-04 | Dresser Ind | Method and composition for cementing oil well casing |
| FR2665698A1 (en) * | 1990-08-10 | 1992-02-14 | Conroy Michel | COMPLEMENTING CEMENT MIXED WITH SELECTED AGGREGATES FOR THE PRODUCTION OF MORTAR OR CONCRETE WITHOUT REMOVAL, SELF-LITTING AND SELF-LEVELING. |
| RU2123984C1 (en) * | 1998-03-11 | 1998-12-27 | Закрытое акционерное общество "Научно-технический центр" | Special portland cement |
| RU2359988C1 (en) * | 2007-09-27 | 2009-06-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Пермский Научно-Исследовательский И Проектный Институт Нефти" | Oil-well composition for steam-injection wells |
| RU2642897C1 (en) * | 2016-10-27 | 2018-01-29 | Публичное акционерное общество "Газпром" | Light-weight grouting mixture |
-
2020
- 2020-11-19 RU RU2020138134A patent/RU2761317C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1241886A (en) * | 1968-06-28 | 1971-08-04 | Dresser Ind | Method and composition for cementing oil well casing |
| FR2665698A1 (en) * | 1990-08-10 | 1992-02-14 | Conroy Michel | COMPLEMENTING CEMENT MIXED WITH SELECTED AGGREGATES FOR THE PRODUCTION OF MORTAR OR CONCRETE WITHOUT REMOVAL, SELF-LITTING AND SELF-LEVELING. |
| RU2123984C1 (en) * | 1998-03-11 | 1998-12-27 | Закрытое акционерное общество "Научно-технический центр" | Special portland cement |
| RU2359988C1 (en) * | 2007-09-27 | 2009-06-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Пермский Научно-Исследовательский И Проектный Институт Нефти" | Oil-well composition for steam-injection wells |
| RU2642897C1 (en) * | 2016-10-27 | 2018-01-29 | Публичное акционерное общество "Газпром" | Light-weight grouting mixture |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2782526C1 (en) * | 2022-03-21 | 2022-10-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром проектирование" | Weighted mineralized grouting portland cement composition |
| RU2783449C1 (en) * | 2022-04-28 | 2022-11-14 | Публичное акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина | Method for repair and insulation work in the well |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2586517C2 (en) | Slowly solidifying cement compositions containing pumice and related methods | |
| US4450009A (en) | Method of preparing a light weight cement composition from sea water | |
| JP5378588B2 (en) | Wellbore maintenance composition containing coagulation retarder, method for producing the same and method for using the same | |
| US5900053A (en) | Light weight high temperature well cement compositions and methods | |
| RU2304606C1 (en) | Grouting mix | |
| GB2035992A (en) | Retarded aqueous hydraulic cement slurry | |
| US20100006288A1 (en) | Sorel cements and methods of making and using same | |
| US2582459A (en) | Composition for oil well cementing | |
| RU2625408C2 (en) | Use of methylhydroxyethylcellulose as additive to cement | |
| US4461644A (en) | Light weight composition and a method of sealing a subterranean formation | |
| US3937282A (en) | Method for cementing wells in low temperature formations | |
| US7357834B2 (en) | Cement composition for use with a formate-based drilling fluid comprising an alkaline buffering agent | |
| AU2019464900B2 (en) | A method to control gelation of cement kiln dust | |
| RU2468187C1 (en) | Base of curable grouting mortar | |
| RU2761317C1 (en) | Portland cement plugging composition | |
| RU2471843C1 (en) | Hydrogen sulphide resistant grouting mortar | |
| CA1084683A (en) | Method of making lightweight cement slurries and their uses | |
| RU2761396C1 (en) | Grouting composition | |
| RU2524774C1 (en) | Gypsum-magnesium grouting mortar | |
| RU2507380C1 (en) | Low-density grouting mortar | |
| RU2733584C1 (en) | Grouting mortar | |
| RU2259467C1 (en) | Base of densified grouting mortar mainly used in fractured carbonate reservoirs | |
| RU2468058C1 (en) | Weighted grouting gypsum mixture | |
| RU2698347C1 (en) | Grouting mixture | |
| RU2750414C1 (en) | Method for repair and insulation work in well (options) |