SU1726731A1 - Тампонажный раствор - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к добыче нефти и газа. Цель - получение камн , непроницаемого дл  жестких пластовых вод и прони- цаемых дл  нефти. Тампонажный раствор содержит следующие компоненты при их соотношении, мас.%: тампонажный цемент 10-21; кварцевый песок 15-35; силикат натри  8-12; вода остальное. Жесткость воды составл ет 0,05-5,0 мг-экв/дм ; крупность песка 0,5-0,9 мм. Сухую смесь песка и цемента затвор ют водным раствором силиката натри . Проницаемость цементного камн  при твердении в жесткой пластовой воде составл ет 10-30 -.10 , а при твердении в нефти - на пор док выше. 5 табл.,1 ил.

Description

Изобретение относитс  к добыче нефти и газа и может быть использовано дл  одновременного креплени  и водоизол ции пород призабойной зоны скважины.

В результате применени  известных составов удаетс  либо укрепить горную породу , либо произвести водоизол цию обводненных пропластков.

Известен состав дл  креплени  неустойчивых пород, включающий силикат щелочного металла, например силикат натри , ПАВ, например ОП-10, и воду.

Недостатками известного состава  вл ютс  низка  прочность образующегос  состава и невозможность водоизол ции. Экспериментальные исследовани  дают значени  прочности не более 0,03 МПа, что неприемлемо дл  условий эксплуатационных скважин.

Известен состав дл  изол ции водоносных зон нефт ных пластов, содержащий водорастворимый полимер, силикат

щелочного металла (натри  или кали ), спирт и воду..

Однако применение его возможно только дл  изол ции вод высокопроницаемых пластов без .креплени  призабойной зоны скважины; мгновенное схватывани  состава при встрече с минерализованной водой; получаема  в пласте геле- ооразна  масса выдерживает лишь незначительные нагрузки.

Известно также, что водный раствор силиката натри  обладает высокой водоизоли- рующей способностью, но не может укрепл ть рыхлые породы нефтеносных пластов.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  состав дл  креплени  зоны скважин, включающий кварцевый песок, тампонажный портландцемент, силикат натри .и воду .

Недостатком прототипа  вл етс  его непроницаемость дл  нефти.

|L«

xj

Ю

Оч

ч

со

Цель изобретени  - получение камн , непроницаемого дл  жестких пластовых вод и проницаемого дл  нефти.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном составе дл  креплени , включа- ющемтампонажный портландцемент, кварцевый песок, силикат натри  и воду, компоненты вз ты в следующем соотношении , мас.%:

Тампонажный цемент10-21

Кварцевый песок15-35

Силикат натри 8-12

ВодаОстальное,

причем жесткость воды составл ет 0,05-5,0 мг-экв/дм3, а кварцевый песок имеет размер зерен 0,5-0,9 мм.

Использование предлагаемого состава позволит проводить при креплении неустойчивых пород одновременно и изол цию пластовых вод и получить прочный камень, проницаемый дл  нефти.

За счет этого значительно сокращаютс  материальные затраты и врем  просто  скважин.

Предлагаемый состав дл  креплени  отличаетс  от известного тем, что, во-первых, компоненты вз ты в следующем соотношении , мас.%:

Тампонажный портландцемент10-21 Кварцевый песок15-35 Силикат натри 8-12 Вода Остальное во-вторых, в отличие от прототипа, песок вз т с зернами размером 0,5-0,9 мм, а концентраци  водного раствора силиката натри , используемого дл  затворени , составл ет 10,7-27,3 мас.%.

Далее, жесткость воды в составе составл ет 0,05-5,0 мг-экв/дм .

Анализ известных составов дл  креплени  пород показывает, что состав обладает по сравнению с известным повышенной прочностью образующегос  камн , во-первых , и проницаем дл  нефти, во-вторых. Известно использование портландцемента и кварцевого песка в силикатных составах, но в данном составе примен етс  измельченный песок и вода, позвол ющие получить непроницаемый цементный камень. В предлагаемом же составе применен песок с зернистостью 0,5-0,9 мм и вода с жесткостью 0,05-5,0 мг-экв/дм3, что позвол ет получить прочный и в то же врем  проницаемый дл  нефти камень.

Известно также, что растворы силиката натри  обладают водоизолирующей способностью в пластовых услови х. Концентраци  водного раствора силиката натри . здесь составл ет 1,6-10 %, в то врем , как

в предлагаемом составе она составл ет 10,7-27,3 % в воде с жесткостью Ор5-5,0 мг-экв/дм .

Така  вода позвол ет предотвратить образование в растворе осажденных катионов магни  и кальци  и позвол ет сохранить силикат натри  в качестве активного реагента дл  последующего взаимодействи  с пластовой водой, содержащей эти катионы. При

0 этом взаимодействии происходит образование нерастворимого осадка, забивающего поры водоносного пропластка, т.е. создаетс  эффект, врдоизол ции. Контакт же силиката натри  с нефтью не вызывает

5 изменений в его состо нии. Поэтому образующийс  камень сохран ет в зоне нефт ного пропластка свою проницаемость,

Дл  экспериментальной проверки предлагаемого состава были изготовлены

0 образцы цилиндрической формы из кварцевого песка по ГОСТ 6139-78 с зернами округлой формы размером 0,5-0,9 мм, тампонажного портландцемента по ГОСТ 1581-85, силиката натри  по ГОСТ 13079-81

5 и пресной воды по ГОСТ 4979-49 с жесткостью 0,05-5,0 мг-экв/дм . Режим твердени  экспериментальных образцов был приближен к услови м скважины, исключающим потерю жесткости затворени  в каждом

0 опыте. Три образца одного состава твердели в камере со 100 %-ной относительной влажностью воздуха, погруженные в минерализованную воду, три других образца того же состава твердели в камере, погруженные

5 в нефть.,

При твердении камн  расход жидкости затворени  на гидратацию цемента компенсируетс  за счет поступлени  в камень окру- жающей воды. Таким образом,

0 моделируетс  ситуаци  в скважине. В процессе дальнейшей гидратации поступающа  в поры песчано-цементного камн  пластова  (минерализованна )вода вступает в контакт с раствором силиката натри 5 жидкостью затворени , в результате чего выпадает нерастворимый осадок, снижающий пористость. При избытке силиката натри  в жидкости затворени  он вступает в контакт с минерализованной водой на поверхности камн , покрыва  его непроница0 емой оболочкой.

При твердении камн  в нефти реакции между силикатом натри  и нефтью не происходит , в результате чего пористость камн  не снижаетс .

5

Анализ общей жесткости произведен в соответствии с ГОСТ 4151-72. Вода питьева . Метод определени  общей жесткости (см. табл. 1).

Определение проницаемости производили на установке по ОСТ 39-051-77. Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Как известно, чем больше угловатость зерен, тем плотнее будет уложен песок и тем хуже будет проницаемость камн . Необходимую проницаемость можно получить при использовании кварцевого песка с зернами округлой формы, так как при этом получаетс  максимальное пространство между ними. Это рассто ние Должно быть соизмеримо с размерами частиц цемента, так как при частичном вымывании цемента разрушаетс  скелет песчано-цементного камн  с одной стороны, а с другой размеры зерен должны быть такие, чтобы обеспечить свободное течение жидкостей.

Известно также, что поровые каналы бывают сверхкапилл рные (свыше 0.5 мм), капилл рные (от 0,5 мм до 0,2 мм) и субкапилл рные (менее 0,2 мм). Свободное течение возможно лишь в сверхкапилл рных и капилл рных каналах. Таким образом, фракционный состав песка выбираетс  в зависимости от тонкости помола цемента и обеспечени  свободного течени  жидкости. Дл  этого пользуютс .-мзвестной методикой проектировани  гравийного фильтра.

По кривой гранулометрического состава цемента (чертеж, крива  1) наход т коэффициент неоднородности дл  цемента Ci

г - uu -

deo 0,065

1.4,

dio 0.045 где deo, dio - соответственно размеры отверстий сит, через которые проходит 60 и 10 % массы частиц, мм.

Тогда базовый диаметр частиц песка d6 с ,4 будет . Расчетный оптимальный диаметр зерен грави 

..618 мм. Дл  соблюдени  услови  С -$1.5 состав песка должен быть выбран так. чтобы 60 % зерен его проходило через сито с отверсти ми

,25-0,,772 мм. а 10 % - через сито с отверсти ми

dio § 0.618 0.515 мм.

о,

Нанос т значени  dio и deo на чертеж и провод т пр мую до пресечени  с ос ми (пр ма  2). В точках пересечени  пр мых наход т значени  ,5 мм и ,9 мм. т.е. размер зерен песка должен находитьс  в интервале 0,5-0,9 мм.

Результаты экспериментальной проверки приведены в табл. 3.

Изобретение осуществл ют следующим образом.

Сухую смесь песка и цемента на устье скважины затвор ют на водном растворе силиката натри . После затворени  тампо- нажного состава силикат натри  перед по- падением в пласт участвует только в начавшейс  реакции гидратации цемента.

Состав закачиваетс  в скважину и за- давливаетс  в пласт известными способами . После попадани  в пласт в нефтеносных

пропластках реакци  гидратации продолжаетс  вплоть до полного твердени  песчано- цементного камн ; Контакт силиката натри  с нефтью не вызывает никаких изменений в его состо нии. Поэтому песчано-цементный

камень сохран ет в зоне нефт ного проплз- стка свою проницаемость.

В части же тампонажного состава, наход щейс  в зоне водоносного пропластка, равновесие в водном растворе силиката натри  нарушаетс  за счет контакта с водой с активными катионами кальци  и магни . Жесткость пластовой воды обычно не менее 7-10 мг-экв/дм хот  доходит и до 500 мг- экв/дм и более (), тогда как м гка 

вода имеет жесткость 0,05-0,15 мг-экв/дм (,5-10.5), что вызывает гидролизацию пластовой воды по катиону, нарушение равновесного состо ни  и образование нераст- вори.мого осадка, забивающего поры

водоносного пропластка. Так. например, при жесткости пластовой воды 7-10 мг- экв/дм (.5-8.5-м.есторождение Сангз- чалы-Дуванный-море), сухой осадок составл ет 20-30 г/дм3, размер частиц около 100 мк. плотность 1100-1200 кг/м3 Учитыва  неограниченную растворимость силиката натри  в воде, этот раствор способен проникать по порам в породу на значительную глубину, повыша  эффект

водоизол ции. Эффективность реакции растет при высокой общей минерализации пластовой воды за счет адсорбции частиц остальных солей, содержащихс  в воде. Образующийс  нерастворимый тонкодисперсный силикатный осадок изолирует водоносные каналы пласта, действу  как цементирующее вещество, и скрепл ет рыхлые породы..

В нефтеносных же каналах подобной

реакции не происходит и нефть свободно протекает через проницаемый дл  нее участок песчано-цементного камн .

Изобретение иллюстрируетс  следующими примерами конкретных составов и их

свойствами в сравнении и известными (табл.4. 5).

Экономический эффект от внедрени  предлагаемого изобретени  создаетс  за счет сокращени  одной из технологических

операций, проводившихс  прежде, а именно изол ции водопритоков.

Claims (1)

1. Формула изо б-р е т е н и   Тампонажный раствор, включающий тампонажный портландцемент, кварцевый песок, силикат натри  и воду, о т л и ч а ю щ и- й с   тем. что, с целью получени  камн , непроницаемого дл  жестких пластовых вод и про- ницаемого дл  нефти, он содержит

   компоненты в следующем соотношении, мас.%:

   Тампонажный портландцемент 10-21 Кварцевый песок15-35

   Силикат натри 8-12

   ВодаОстальное,

   причем жесткость воды составл ет 0,05-5.0 мг-экв/дм3, а кварцевый песок имеет размер зерен 0,5-0.9 мм.

   Т а б л и ц а 1

   Таблица2

   Таблица 3

   Таблица1

   Таблица5