SU1657616A1 - Ут желенный тампонажный раствор - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к бурению. Цель- понижение водоотдачи и повышение седи- ментационной устойчивости. Раствор содержит компоненты в соотношении, мас.%: тампонажный цемент 100, вода 18-34, хлористый кальций 0,01-0,5, технический лиг- носульфонат 10,0-12,5; триксан 0,1-0,125; натр едкий 0,01-2.0. Добавки раствор ют в воде, затем на ней затвор ют цемент. Хлористый кальций стабилизирует раствор при относительно высоком содержании лигно- сульфоната. Натр едкий выполн ет роль ускорител , триксан снижает вспенивание. Раствор имеет плотность 1,93-1,30 г/см3 5 табл.

Description

Изобретение относитс  к цементированию нефт ных и газовых скважин, в частности к тампонажным растворам дл  цементировани  скважин с аномально высокими пластовыми давлени ми (АВПД).

Цель изобретени  - понижение водоотдачи и повышение седиментационной устойчивости раствора.

Ут желенный тампонажный раствор с низкой водоотдачей содержит тампонажный цемент, воду, натр едкий, триксан. понизитель водоотдачи - лигносульфонат технический и структурообразователь - кальций хлористый при следующем соотношении компонентов, мае.ч.:

Тампонажный цемент100

Вода18-34

Натр едкий0,01 - 2,0

Триксан0.1-0,125

Технический лигносульфонат10 - 12,5 Хлористый кальций 0,01-0,5 Эффективность снижени  водоотдачи тампонажных растворов при введении ЛСТ по сравнению с ССБ при одинаковых услови х испытани  иллюстрируетс  табл.1 До дозировки в 3% воздействие реагентов на водоотдачу примерно одинаковое. При добавке реагентов 3% и более наблюдаетс  резкое различие в их воздействии. Водоотдача тампонзжных растворов с ЛСТ становитс  меньше по сравнению с растворами с ССБ в 17-21 раз. Ещё большее преимущество ЛСТ по сравнению с ССБ про вл етс  при 80°С В этом случае водоотдача растворов с ЛСТ меньше, чем с ССБ в 34 раза.

В табл.2 приведены данные о седимен- тационном водоотделении ут желенных тампонажных растворов из УШЦ1-120 при посто нном жидкостчо-цементном отношесл

с

о. сл М о

нии 0,32 в зависимости от добавок ЛСТ, в который дл  предупреждени  вспенивани  растворов введен 1% триксана от массы добавки ЛСТ.

Из данных табл.2 можно сделать вывод, что при дозировке ЛСТ более 0,5% седи- ментационное водоотделение резко увеличиваетс  и превышет нормы (4%). установленные дл  ут желенных лортланд- цементов.

При добавлении 4-8% ССБ от массы цемента резко замедл етс  схватывание цементных растворов при температурах ниже 100°С, поэтому в известном тампонаж- ном растворе вводитс  в качестве ускорител  кальций хлористый в количестве 1%, Одновременно установлено, что при этом на 20-30% увеличиваете водоотдача.

В табл.3 показано вли ние кальци  хлористого на седиментационное водоотделение и водоотдачу ут желенных растворов с ЛСТ и триксаном, приготовленых из УШЦ1- 120 с жидкостно-цементным отношением J.33, Необходимо отметить что увеличение добавки кальци  хлористого нар ду со зна- чительным повышением водоотдачи (ма два

-,р.;дка) одновреме IHPTC.K . ое ж о снижзседимен гационн ;-е о.м Х-г.геление за счет интенсивного структ урообразовзни , о чем свидетельствует снижение растекаемо- сти растворов.

В тампонажных растворах дн  высоко- температурных кальций хлористый используетс  не как известный ускоритель схватывани , а как реагент, понижающий водоотделение. Дл  vcKopeHna схватывани  примен етс  натр едкий который не снижает растекаемость тампонажного раствора При этом оптимальна  добавка кальци  хлористого , сохран юща  высокую подвижность тампонажного раствора и снижающа  седиментационное водоотделение, находитс  в пределах 0,01 - 0,5% от массы цемента .

Приготовление растворов осуществл ют следующим образом

В зависимости or необходимой плотности тампонажных растворов и температурных условий их применени  цементы смешивают между собой или используют в чистом виде, ЛСТ смешивают с триксаном В воде последовательно раствор ют натр едкий, кальций хлористый, ЛСТ с триксз- ном.

После смешивани  цемента с водой, содержащей реагенты, в течение 3 мин на лабораторной мешалке перемешивание продолжают еще 30 мин, т е в течение вре5рии необходимого г,г ч порим нчтп приго

1 I П О 1 г п - 11 I i-i

промысловых услови х. Составы тампонажных растворов приведены в табл.4.

Затем раствор испытывают на консистометре . Врем  загустевани  определ ют

при испытании раствора по двум режимам, имитирующим его движение в скважине при пр мом цементировании потайных обсадных колонн в интервале 3500 - 5500 м, подвешиваемых на цементном камне, при

забойных геостатических температурах 100 и 160° С. которым соответствуют динамические температуры 80 и 130°С.

При первом режиме, соответствующем геостатической температуре 100°С, тампонажный раствор перемешивают в консисто метре с подъемом температуры и давлени  в автоклаве с 20 до 80°С и с атмосферного до 50 МПа 40 мин. После чего температуру и давление не мен ют в течение 45 мин

Затем снижают температуру до 35°С и давление до атмосферного.

При втором режиме испытани  пробы тампонажного раствора в консистометре перемешивают при плавном повышении

температуры от 20 до 130°С (динамическа  1емпература в самой нагретой зоне у шза цементируемой колонны) и давлени  от ат мосферного до 100 МПа в течение 50 мин. а затем при посто нных температуре 130°С и

давлении 100 МПа еще 50 мин. После чего выдерживают раствор в статическом состо нии при 130°С и 100 МПа 15 мин. а затем перемешивание продолжают дальше в течение 80 мин, но при снижении температуры

до 50°С, а давлени  до атмосферного.

Свойство ут желенных тампонажных растворов с пониженной водоотдачей приведены в табл.5.

Из данных, помещенных в табл.4 и 5,

видно, что благодар  пластифицирующим свойствам ЛСТ ут желенные растворы плотностью 1,95 - 1,97 г/см3 могут быть получены из обычного портландцемента ПЦТ-Д20, а из цемента УГЦ-1 можно приготовить растворы плотностью 2,30 г/см3 Растворы промежуточной плотности 2,15 - 2,16 г/см получаютс  из смеси УЦГ-1 с ПЦТ-Д20

В табл.5 показано, что добавка ЛСТ с

триксаном (раствор 1) снижает водоотдачу в 14 раз по сравнению с раствором без добавок (табл.1).

Увеличение дозировки ЛСТ с триксаном (растворы 2 и 3) способствуют снижению

водоотдачи в 4 - 5 раз по сравнению с раствором 1. При этом водоотделение раство- рое 1 - 3 возрастает до 16 - 19%

Довольно быстрое начало схватывани 

II про до .ьчое его окончание, можно

, ги .- { блз оцзр  не :дению гидрофильного поверхностно-активного вещества (Л СТ), вызывающего два противоположных по своему действию эффекта - пептизационный и стабилизационный.

При определенном содержании в цементном растворе ЛСТ возможно преобладание пептизационного эффекта. В таком случае резкое ускорение при весьма продолжительном его окончании начала схватывани  вызываетс  преимущественно пептизацией алюминатных минералов, т.е. быстрым образованием в больших количествах трехкальциевого алюмината в виде коллоидной фазы, создающей рыхлую коа- гул ционную структуру. Этим и объ сн етс  меньша  степень различи  между началом и концом схватывани  (растворы 11,13 и 14) у смеси тампонажного портландцемента с цементом на шлаковой основе ШПЦС-120, содержащей меньшее количество алюминатных минералов по сравнению с портландцементом .

Введение в тампонажный раствор 4 кальци  хлористого, хорошо известного ускорител , не только не сокращает сроки схватывани , а наоборот, отодвигает их наступление примерно вчетверо, а окончание сроков схватывани  вдвое, что вызывает необходимость добавки в качестве ускорител  натра едкого. Зато введение 0,5 мае.ч. кальци  хлористого позвол ет довести седимен- тационное водоотделение тампонажного раствора практически до нул . При этом, как показано (табл.3), происходит некоторое увеличение водоотдачи раствора, хот  по абсолютному значению она весьма не велика и составл ет 6,6 см3 за 30 мин.

Введением в тампонажный раствор 5 (табл.5) в качестве понизител  водоотдачи ЛСТ в количестве 10,1376 мас.ч., стабилизирующего реагента - кальци  хлористого 0,5 мас.ч. и ускорител  процессов схватывани  и твердени  натра едкого можно получить седиментационно устойчивый тампонажный раствор с весьма низкой водоотдачей 4,5 см за 30 мин, превращающийс  через 2 сут в камень, превышающий по прочности камень из стандартных ут желенных цементов в 3,5 раза.

В табл.5 показано, что такие же по се- диментационной устойчивости тампонаж- ные растворы с низкой водоотдачей и высокой прочностью образующегос  камн , но с большей плотностью 2,15 г/см3 (раствор 7) и 2,30 г/см3 (раствор 9) могут быть

получены из смеси УЦГ-1 и ПЦТ-Д20 и чистого УЦГ-1.

Дл  геостатической температуры 160°С и соответствующей ей динамической температуре 130°С из-за недостаточной термостойкости описанные тампонажные растворы не пригодны.

В таких услови х могут быть использованы тампонажные растворы, приготовленные из цементов на шлаковой основе или их смеси с портландцементом.

Следует отметить, что у тампонажных растворов с широким диапазоном плотностей 1,95 - 2,30 г/см3 водоотделение почти

отсутствует и водоотдача во всех случа х составл ет 3,5 - 11.0 см3 за 30 мин (табл.5, растворы 5, 7. 9. 14. 16 и 18).

Так как ЛСТ в тампонажных растворах одновременно с понижением водоотдачи

замедл ет их схватывание, то с понижением температуры применени , в определенной степени нейтрализующей это его действие, необходимо увеличение содержани  ЛСТ в растворах до 12,1770 мас.ч.. это также св эано со снижением вредного вли ни  на водоотдачу добавок кальци  хлористого и натра едкого.

Использование ут желенного тампонажного раствора с низкой водоотдачей

и повышенной седиментационной устойчивостью позвол ет повысить качество цементировани  и предотвратить газонеф- тепро влени . имеющие место при цементировании обсадных колонн и их секций.

спущенных в отложени  с аномально высокими пластовыми давлени ми.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Ут желенный тампонажный раствор. включающий тампонажный цемент, воду, хлористый кальций и понизитель водоотдачи , отличающийс  тем, что, с целью понижени  водоотдачи и повышени  седиментационной устойчивости раствора, он дополнительно содержит иеногаситель - триксан и натр едкий, а в качестве понизител  водоотдачи технический лигносульфо- нат при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

   Тампонажный цемент100

   Вода18-34

   Хлористый кальЦий0,01-0,5

   Технический лигносуль- фонат10.0-12,5

   Пеногаситель - триксан 0,1-0,125 Натр едкий0,01-2,0

   Таблица 1

   Примечание. Дл  тамлонажных растворов, которые дегидратируют менее чем за 30 мин, дл  удобства сравнени  приведена расчетна  условна  водоотдача .

   Таблица 2

   Посто нное водоцементное отношение 0,35.

   Таблица 3

   Таблица 4

   Таблица 5

   Продолжение табл. 5