SU1137183A1 - Способ приготовлени тампонажного раствора - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА путем смешени  порт ландцемента с хризотиловым асбестом, бентонитомJ декстрином и водой, отличающийс  тем, что, с целью понижени  плотности тампонажного раствора, повьшюни  прочности образующегос  при твердении цементного камн  и упрощени  технологий приготовлени  тампонажного раствора, сначала готов т путем гидродинамической активации 2-4%-ный бентонитовый раствор в который затем добавл ют хризотиловый асбест в сухом виде или в виде, суспензии в количестве от 2 до 20% от массы портландцемента и после перемешивани  приготовленной суспензии смеси до однородного состо ни  за- i твор ют на ней портландцемент.

Description

:А vi

х

9 Изобретение относитс  к бурению , а именно к получению тампонажных растворов. Известны способы получени  тампонажных растворов пониженной плотност путем введени  в цементньй раствор минерального облегчающего или высоко водопотребного компонента - опоки, бентонита, мела, золы 1j . Известен способ получени  тампонажного раствора путем добавлени  в буровой раствор гидроокиси щелочно го металла, окиси кальци  2 . Однако в услови х скважины смещивание бурового раствора с цементирую щим веществом неполное и твердение происходит преимущественно лишь в зо не смешивани ,в основном в поверхнос ных сло х с образованием корки. В pe зультате этого плотность и прочность затвердевщего цемента по объему получаетс  неоднородной. Наиболее близким к изобретению  в л етс  способ получени  тампонажного раствора путем предварительного приготовлени  суспензии бентонита и асбеста плотностью 1,04-1,10 г/см с концентрацией каждого компонента 2-5 Бес.% от общего веса тампонажного раствора и соотношении их 1:1, после чего не менее, чем через сутки затвор ют на полученной суспензии цемент с одновременным введением рас вора декстрина и дополнительно бентонита и асбеста, причем последние берут соответственно в количестве 0,1-0,3, 4-13 и 1-4 вес,% от общего веса тампонажного раствора 3j . Недостаток этого способа - необхо димость предварительного приготовлени  суспензии бентонита и асбеста, при котором как минимум сутки должны быть зан ты перемешивающие емкости. Кроме того, длительное врем  - не ме нее суток - должно производитьс  пер мещивание, в результате чего непроиз водИтёльно загружаютс  емоксти и дополнительно затрачиваетс  энерги , К тому же длительное перемешивание суспензии бентонита и асбеста приводит к повьшенной водоудерживающей способности частиц, что в дальнейшем приводит к чрезмерному водосодержанию цементного раствора и понижению механической прочности образующегос  при твердении цементного камн . Цель изобретени  - понижение плот нести тампонажного раствора, повьшение прочности образующегос  при твер дении цементного камн  и упрощение технологии приготовлени  тампонажного раствора. Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу приготовлени  тампонажного раствора путем смешени  портландцемента с хризотиловым асбестом, бентонитом, декстрином и водой, сначала готов т путем гидродинамической активации 2-4%-ный бентонитовый раствор, в которьй затем добавл ют хризотиловьй асбест в сухом виде или в виде суспензии в количестве от 2 до 20% от массы портландцемента и после перемешивани  приготовленной суспензии смеси до однородного состо ни  затвор ют на ней портландцемент. Как известно, применение цементнобентонитовых тампонажных растворов ограничено температурой 80-90 С. Однако при добавлении в цементно-бентонитовьй раствор асбеста, тр.мпературньй диапазон применени  такого тампонажного раствора существенно расшир етс  в сторону более высоких температур . Положительна  роль асбеста обусловлена его способностью адсорбировать бентонит и при затвердевании тампонажного раствора армировать цементньй камень, улучшать его в зкоупругие характеристики, повьш1ать деформативность и трещиностойкость в услови х динамических и вибрационных нагрузок . Бентонитовый глинбпорошок затвор етс  водой и подвергаетс  гидродинамической диспергации в гидродинамическом активаторе, например, типа ГДА-1 института коллоидной химии и химии воды АН УССР. При наличии минерализованной воды дл  предотвращени  ухудшени  диспергации глинистых частиц предусматриваетс  добавление реагентов дл  см гчени  жесткости, например карбоната натри  или тринатрийфосфата. Длительность обработки, необходимой дл  диспергации бентонитового глинопорошка , определ етс  числом циклов при такой обработке. Оно зависит от температуры воды и качества бентонитового порошка,его дисперсности и состава . Так, дл  приготовлени  бурового раствора с диспергированной глинистой фазой из бентонитового глинопорошка , представленного палыгорскитом (аттапульгитом), с условной в зкостью 25-30 с по воронке истечени  СПВ-5 и при наличии давлени  на входе активатора 10.кгс/см требуетс  следующа  длительность обработки в зависимости от температуры воды затворени : при температуре воды затворени  10°С - 10-12 циклов; при температуре воды затворени  25 С 8-10 циклов; при температуре; воды - 6-8 циклов. С повышением температуры воды затворени  от 10 до 50°С длительност диспергации частиц глинистой фазы существенно сокращаетс . В производственных услови х при рабочем давлении на входе актив тора 140-200 кгс/см длительность активации палыгорскитового раствоводы затворени  ра при температуре 20-25°С сокращаетс  до 2-3 циклов, что дает существенные преимущества по сравнению со способом-прототипо и исключает предварительное затворе кие. После проведени  диспергации бен ;тонитового раствора в него добавл ет с  хризотиловьй асбест в, количестве от 2 до 20% от веса портланцемен та либо приготовленный бентонитовый раствор перемешиваетс  с приготовле ной асбестовой суспензией, количест во хризотилового асбеста в которой составл ет от 2 до 20% от веса порт ландцемента. После перемешивани  приготовленн суспензии однородного состо ни  ней затвор ют расчетное количество портландцемента. Дл  контрол  содержани  хризотил вого асбеста в суспензии составл ет табл.1 зависимости содержани  асбес та от плотности асбестовой суспензи и с помощью ариометра и пикнометра осуществл етс  контроль. Пример 1. К 2000 мл питьево воды добавл лось 60 г бентонита (3%-ньй раствор) Махарадзевского месторождени  (ГССР), затем дисперг цию бентонита в растворе проводили в дес тикамерном гидродинамическом активаторе типа ГЛА-1. Рабочее давление на входе 10 кгс/см, перепад давлени  5 кгс/см. При температуре окружающей среды 25 С дл  получени  высокой диспергации бентонита в растворе быпо про изведено 10 циклов, после чего в раствор добавл лось 61,6 г хризотил вого асбеста 7 сорта (2% от веса расчетного количества портландцемен та) и вс  суспензи  перемешивалась лабораторной лопастной мешалкой до однородного состо ни , после чего . добавл лось 6 г декстрина (0,2% от веса расчетного количества портландцемента ) и на суспензии затвор лось 3012 г портландцемента Кувасайского цементного комбината МПСМ УзССР. Водосодержание приготовленного тампонажного раствора доставл ло 65%, а растекаемость его на конусе АзНИИ 22 см. Плотность такого раствора по арирметру 1,65 г/см. Стабильность раствора 0,01 водоотстое 0%. Испытани , проводившиес  в консистометре КЦ-3 системы ВНИИКАнефтегаза, при (давлении 500 кгс/см), показали, что врем  загустевани  раствора составило 2 ч 45 мин). Механическа  прочность определ лась на приборе НИИ-100 и гидравлическом прессе ПГ-100. В двухсуточ-ном возрасте механическа  прочность на изгиб и сжатие составила соответственно 52,5 и 160 кгс/см . Пример2. К 2000 мл питьевой воды добавл лось 60 г бентонита (3%-ньй раствор) Махарадзевского месторозвдени  (ГССР) ,затем диспергацию бентонита в растворе проводили в дес тикамерном гидродинамическом активаторе типа ГДА-1. Рабочее давление на входе 10 кгс/см, перепад давлени  5 кгс/см При температуре ркрз ающей среды 25 С дл  получени  высокой диспергации бентонита в растворе было произведено 10 циклов,.побле чего в раствор добавл лось 275 г хризотилового асбеста 7 сорта (11% от веса расчетного количества портландцемента) и вс суспензи  перемешивалась лабораторной лопастной мешалкой до однородного состо ни , после чего добавл лось 10.г декстрина (0,4% от веса расчетного количества портландцемента) и на суспензии затвор лось 2215 г портландцемента Кувасайского цементного комбината МПСМ УзССР, Водосодержание приготовленпого тампонажного раствора составл ло 80%, а растекаемость на конусе АзНИИ 20,5 см. Плотность такого раствора по ариометру 1,52 г/см/ Стабильность раствора 0,01 г/см при водоотстое 1%. Испытани , проводившиес  в ковдистометре КЦ-3 систеюл ВНИИКАнефтегаза, при 120 С (давление 600 кгс/см). показали, что врем  загустевани  ра вора составшю 3 ч 20 мин. Механическа  прочность определ лась на приборе МИИ- 100 и гидравлическом прессе ПГ-ЮО. В двухсуточно возрасте механическа  прочность на изгиб и сжатие Составила соответств но 31 и кгс/см. Примерз. К 2000 мл питьево воды добавл лось 60 F бентонита (3%-ньй раствор) Махарадзевского ме торождени  (ГССР), затем диспергаци бентонита в растворе проводили в де тикамерном гидродинамическом активаторе типа ГДА-1. Рабочее давление на входе 10 кгс/см, перепад давлени 5 кгс/см. При температуре окружающе среды 25°С дл  получени  высокой ди пергации бентонита в растворе бьшо произведено 10 циклов, после чего в раствор добавл лось 364 г хризоти лового асбеста 7 сорта (20% от веса расчетного количества портландцеме та) и вс  суспензи  перемешивалась лабораторной лопастной мешалкой до однородного состо ни , после чего добавл лось 11 г декстрина (0,6% от веса расчетного количества портландцемента ) и на суспензии затвор лось t820 г портландцемента Кувай ког® цементного комбината МПСМ УзССР Водосодержаниа приготовленного тампонажного раствора составило 110%, а растекаемость его на конусе АзНИИ 23,5 см. Плотность такого раствора по ариометру 1,40 г/см; Стабильност раствора 0,02 г/см при водоотстое 2%. Испытани , проводившиес  в конси тометре КЦ-3 системы ВНИИКАнефтега140 С (добавление 700 кгс/см за, при показали, что врем  загустевани  раствора составило 4 ч 10 мин. Механическа  прочность определ лась на приборе МИИ-100 и гидравлическом прессе ПГ-100. В двухсуточном возрасте механическа  прочность на изгиб и сжатие составила соответственно 14 и. 38 кгс/см. Пример 4. К2150мп питьевой воды добавл лось 80 г бентонита (4%-ный раствор Махарадзевского месторождени  (ГССР), затем диспергацйю бентонита в растворе проводили в дес тикамерном гидродинамическом активаторе типа . Рабочее давление на входе 1 МПа, .перепад давлени  0,5 МПа. При температуре окражующей среды 25 С дл  получени  высокой диспер-гации бентонита в растворе бьшо произведено 12 циклов, после чего в раствор добавл лось 61,8 г хризоти-; лового асбеста 7 сорта марки 7-450 (2% от массы расчетного количества портландцемента) и вс  полученна  Суспензи  перемешивалась лобараторной лопастной мешалкой до однородного состо ни , после чего добавл лось 9 г декстрина (0,3% от массы расчетного количества портландцемента ) и на полученной суспензии затвор лось 2866 г портландцемента Кувасайского цементного комбината МПСМ УзССР, Бодосодержание приготовленного тампонажного раствора составл ло 75%, а растекаемость его на конусе АзНИИ 20 см. Плотность такого раствора по ариометру 1600 кг/м. Стабильность раствора 10 водоотстое 0%. Испытани , проводившиес  в консистометре КЦ-3 системы ВНИИКАнефтегаза , при UO-c (давление 60 МПа), показали, что врем  загустевани  раствора составило 3 ч 10 мин. Механическа  прочность определ лась на приборе НИИ - 100 и гидравлическом прессе ПГ-100. В двухсуточном возрасте механическа  прочность на изгиб и сжатие соответственно составила 4,4 и 13,5 МПа. П р им е р 5. К 2150 мл питьевой воды добавл лось 80. г бентонита (4%-ный раствор) Махарадзевского месторождени  (ГССР), затем диспергацию бентонита в растворе проводили в дес тикамерном гидродинамическом активаторе типа ГДА-1. Рабочее давление на входе МПа, перепад давлени  О,5 Мпа. При температуре окружающей среды 25 С дл  получени  высокой диспергации бентонита в растворе бьшо произведено 12 циклов, после чего.в раствор добавл лось 249 г хризотилового асбеста 7 сорта марки 7-450 (11%-от массы расчетного количества портландцемента) и вс  полученна  суспензи  перемешивалась лобараторной лопастной мешалкой до однородного состо ни , после чего добавл лось 11 г декстрина (0,5% от массы расчетного количества портландцемента) и на полученной, суспензии затвор 75гось 2260 г портландцемента Кувасайского цементного комбината МПСМ УзССР. Водосодержание приготовленного тампонажного раствора составл ло 95%, а растекаемость на конусе АзНИИ 21 см.. Плотность такого раствора по ариометру 1460 кг/м . Стабильность раст вора 10 кг/м при водоотстое 0,5%. Испытани , проводившиес  в консис тометре КЦ-3 системы ВНИИКАнефтегаза , при 130°С (давление 65 МПа), показали , что врем  загустевани  раствора составило 3 ч 35 мин. Механическа  прочность определ лась на приборе МИИ 100 и гидравличе ком прессе ПГ 100. В двухсуточном возрасте механическа  прочность на изгиб и сжатие соответственно соста л ла 2,85 и 5,5 МПа. П р и м е р 6. К 2150 мл питьевой воды добавл лось 80 г бентонита (4%-ньй раствор) Махарадзевского месторо щени  (ГССР), затем диспергацию бентонита в растворе проводил в дес тикамерном гидродинамическом активаторе типа Г,ЦА-1. Рабочее давл ние на входе 1 МПа, перепад давлени  0,5 МПа. При температуре окражующей среды дл  получени  высокой дис- пергации бентонита в растворе бьшо произведено 12 циклов, после чего в раствордобавл лось 344 г хризоТШ10ВОГО асбеста 7 сорта марки 7-450 ( 20% от массы расчетного количества портландцемента) и вс  приготовлен на  суспензи  перемешивалась лабораторной лопастной мешалкой до однородного состо ни , после ч.его добавл лось 11 г декстрина (0,6% от массы расчетного количества портлан цемента) и 3,5 г хромпика (0,2% от массы расчетного количества портлан цемента), затем на полученной суспензии затвор лось 1720 г портландцемента Кувасайского цементного ком бината МПСМ УзССР. Водосодержание приготовленного тампонажного раствора составл ло 125%, а растекаемость его на конусе АзНИИ 20 см. Плотность такого раствора по арио метру 1380 кг/м Стабильность ,раст вора 15 кг/м при водоотстое 1,5%. Испытани , проводившиес  в консистометре КЦ-3 системы ВНИЙКАнефте газа, при 150 С (давление 75 МПа), показали, что врем  загустевани  раствора составило 3 ч 55 мин. Механическа  прочность определ лась на приборе МИИ-100 и гидравлическом прессе ПГ-100, В двухсуточном возрасте механическа  прочность на изгиб и сжатие соответственно составила 1,15 и 2,9 МПа. В табл.2 приведены данные о приготволении тампонажного раствора предлагаемым способом и прототипом. Повьшение концентрации бентонита с 2 до 4 мас.% увеличивает Водосодержание тампонажного раствора и понижает его плотность. В этом отношении и бентонит, и хризотил-асбест обладают аддитивностью, т.е. действуют в желаемом направлении, увеличива  водопотребность и снижа  плотность раствора . Поставленна  цель хризотил-асбеста обусловлена его способностью адсорбировать бентонит и При затвердевании тампонажного раствора армировать образующийс  камень, улучша  его в зкоу ругие характеристики и повыша  деформативность и трещиностойкость . При дальнейшем повышении содержани  хризотил-асбеста (вьше 20%), равно как и повьпаение концентрации бентонита (вмне 4%), приводило к резкому снижению прочностных показателей образующегос  при твердении камн , так как дл  обеспечени  необходимой подвижности раствора требовалось повьшать Водосодержание, в противном случае растекаемость по конусу АзНИИ быма менее 18 см и не соответствовала ГОСТ 1581-78 на тампонажный цемент . К тому же раствор быстро сгущалс  и прокачиваемость его ухудшаласьi Таким образом, выбранные пределы добавлени  хризотилового асбеста (2-20%) и концеHTpaiyjH бенто1|(; ового раствора в расчете на среднее качество натриевого бентонита (2-4%)  вл ютс  оптимальными. Разработанньй спрсоб приготовпепи  тампонажного дисперсно-армировааного раствора позвол ет получить низкую плотность раствора и высокие прочностные характеристики образующегос  при твердении цементного камн ; дает возможность упростить технологию получени  тампонажного раствора с низкой плотностыб} повысить выход та мпонажного раствора из сухой смеси , а также повысить качество тампонажных работ и удлинить ме фемонтный период скважины.

V9

10

П37183

Таблица 1

Claims (1)

1. СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА путем смешения порт* ландцемента с хризотиловым асбестом^ бентонитом, декстрином и водой, отличающийся тем, что, с целью понижения плотности тампонажного раствора, повышения прочности образующегося при твердении цементного камня и упрощения технологии приготовления тампонажного раствора, сначала готовят путем гидродинамической активации 2-4%-ный бентонитовый раствор в который затем добавляют хризотиловый асбест в сухом виде или в виде суспензии в количестве от 2 до 20% от массы портландцемента и после пе- g ремёшивания приготовленной суспензии | смеси до однородного состояния за- · If творяют на ней портландцемент. * 1^