Тампонажный раствор для цементирования нефтяных и газовых скважин

(19 5 Е 21 В 33/ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОР СВИДЕТЕЛ ЬСТ(71) В ол го-Урал ьс к ийтельский и проектныйи переработке сероводзов научно-исследованститут по добыче родсодержащих ган, С.Р,Хайруллин, дряшова, В,М.Мус(72) П.Ф,Цыцымушки А,П.Тарнавский, З,Н.Ку тафаев и Б.В,Михайлов (56) Шадрин Л,Н. Технол крепления скважин,- М,;101,Каримов Н,Х. и др, для скважин с аномал давлениями.- М,: Недра ия и организация едра, 1975, с.100 Тампонажные смес ьными пластовым1977, с.77. Цель зионной с ного камн его прочн Поставленнтампонажный рнажный цеменно содержит соснования (Л ПОющем соотнош Тампонажн Зола Глинопоро Сырые легк диновые ос ая цельдо аствор, вкл т, золу и во ырые легк ) и глинопо нии компо ый цемент тигается тем, что ючающий тамподу, дополнительие пиридиновые рошок при следунентов, мас.%: 27,78 - 29,17 26,39 - 27,78 0,67 - 0,89(", (Л ехническойезультату кченный тамий портландие пири- нования 0,13 - 0,22Остальное растворе являетсодержитсырые вания и глинопоенное соотношеНовым в тампонажном ся то, что он дополнительн легкие пиридиновые осно рошок, а также количеств ние компонентов,ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР Изобретение относится к тампонажным растворам для цементирования нефтяных и газовых скважин с аномально низким пластовым давлением (АНДП) и при наличии в добываемой продукции агрессивных кислых компонентов (сероводорода, углекислоты и др,) в условиях умеренных температур,Известны тампонажные растворы пониженной плотности на основе портлэндцемента и облегчающих добавок, например глинопорошка.Наиболее близким по тсущности и достигаемому рпредлагаемому является облегпонажный раствор, содержащцемент, золу и воду.Недостатком известного тампонажного раствора является недостаточная коррозионная стойкость формируемого цементного камня, что не обеспечивает надежность и долговечность крепи скважин в условиях агрессивных сред и умеренных температур.(54) ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР ДЛМЕНТИРОВАНИЯ НЕФТЯНЫХ ИВЫХ СКВАЖИН(57) Тампонажный раствор для цементирования нефтяных и газовых скважин содержит, мас.0: тампонажный цемент27,78-29,17; зола 26,39-27,78; глинопорошок 0,67-0,89; сырые легкие пиридиновыеоснования 0,13-0,22; вода остальное.1 табл. обретения - повышение корро ойкости формируемого цемент при одновременном сохранени1765366 5 10 15 в =Ч,у.а,20 25 30 35 419,48 г цемента; рошка; 40 50 на сите М 0 08 - 15%. 55 Применяемые в тампонажном растворе сырые легкие пиридиновые основания (ЛПО) по ТУ 14 - 7 - 50 - 82 представляют собой жидкость от светло-желтого до темно- коричневого цвета с резким специфическим запахом, смесь пиридина и его гомологов, смешивается с водой в любых соотношениях.Глинопорошок по ТУ 39 - 043-74 применяется для приготовления глинистых буровых растворов.Установлено, что введение в тампонажный раствор ЛПО и глинопорошка в заявленных пределах при твердении раствора способствует образованию цементного камня с повышенной коррозионной стойкостью при сохранении высокой прочности, Коррозионная стойкость камня достигает 0,60 - 0,65 и объясняется тем, что аминогруппы, входящие в состав Л ПО, адсорбируясь и взаимодействуя с новообразованиями в процессе твердения, имеющими пониженную основность, обусловленную присутствием в составе раствора гидратированного глинопорошка, позволяют получить более стойкий к агрессивной сероводородной среде цементный камень.Тампонажный раствор готовят следующим образом,Предварительно в воду вводят расчетное количество глинопорошка, ЛПО и перемешивают до получения глинистого раствора, затем добавляют расчетное количество золы, перемешивают 2,0 - 2,5 ч до получения однородной устойчивой зологлинистой суспензии.Технология цементирования обсадных колонн тампонажным раствором не отличается от общепринятой и не требует применения специального оборудования,При проведении лабораторных исследований были использованы тампонажные портландцементы марки ПЦТ Д 20 - 100, выпускаемые Новотроицким и Кувасайским цементными заводами; зола Новотроицкой ТЭЦ, имеющая следующие физико-химические свойства:Фхимический состав, мас.%. ЯОг 40,60- 43,14; АгОз 0,80-0,84; РегОз 3,93 - 4,63; М 90 2,6 - 4,60; МпО 0,05-0,32; СаО 4,00-5,00; МагО 0,25-0,77; КгО 0,10-0,20; ТГОг 0,80 - 0,84; РгОБ 0,09 - 0,10; п.п,п. 19,00 - 20,00; средняя плотность ".,01 - 2,06 г/см; удельз, ная поверхность 3500 - 3800 смг/г; остаток Для исследования были приготовлены тампонажные растворы с различным содержанием компонентов, определены их граничные и средние значения. П р и м е р, Для приготовления 1 л предлагаемого тампонажного раствора при соотношении компонентов, мас.%;Тампонажный цемент 27,78 Зола 27,78 Глинопорошок 0,89 ЛПО 0,22 Вода 43,33 необходимое количество компонентов определяли по формуле где а - масса компонента в 1 л тампонажного раствора, г;Ч - объем тампонажного раствора, л;- плотность тампонэжного раствора, г/см;а - массовое содержание компонента,% 1000 1,51 27,78 1001000 1 51 27 78аз == 13,44 г глинопо 1,51 0,89 1000 1,51 0,22 3 32 ЛПОгп 4100г1000 1,5 143,33Жидкость затворения готовили в следующей последовательности: в 654,28 г воды вводили 13,44 г глинопорошка и перемешивали в лабораторной мешалке до получения глинистого раствора; в полученный глинистый раствор добавили 419,48 г золы и тщательно перемешивали до получения однородной суспензии.Тампонажный цемент затворяется на. приготовленной водной суспензии глинопорошка, золы и ЛПО.Последовательность приготовления предлагаемых составов, указанных в таблице, аналогична описанной и отличается лишь количеством компонентов,Физические и механические свойства тампонажного раствора и цементного камня определяли согласно ГОСТ 1581 - 84 и ГОСТ 26798.0-85 ГОСТ 26798,2 - 85.Коррозионную стойкость цементного камня определяли как отношение прочности на сжатие балочек-близнецов, хранившихся 2 и 108 сут в нормальных условиях во влажной среде при 22 + 3 С и 0,1 МПа и в агрессивной среде (в газопроводе) при 22 + 3 С, 3,5 МПа, содержащей в газе сероводорода в количестве 4,5 об.% и углекислоты в количестве 1 об.%. Стабильность1765366 0,13 - 0,22Остальное 50 55 тампонажного раствора определяли какразницу плотностей тампонажного раствора, замеренного после приготовления и через 2 ч нахождения в покое.Отстой тампонажного раствора определяли через 2 ч нахождения в покое (ГОСТ26798.1 - 85, пункт 3). Результаты исследований, описанных в примере, представлены втаблице, Результаты аналогичных испытаний известного, предлагаемого и контрольного растворов также представлены втаблице.Из таблицы видно, что известный тампонажный раствор (опыты 1 - 4( при твердении формирует камень, имеющий 15коррозионную стойкость, равную 0,35 - 0,36,у предлагаемого тампонажного растворакамень имеет коррозионную стойкость0,60 - 0,65. При этом прочность камня остается примерно равной прочности камня по 20прототипу, а стабильность и водоотстойтампонажного раствора - нулевыми,При содержании ЛПО менее 0,13 мас.и средних значениях содержания другихкомпонентов (опыт 22) коррозионная стойкость низка (на уровне коррозионнойстойкости известного решения), более0,22 мас.(опыт 23) не наблюдается дальнейшего улучшения коррозионной стойкости. 30При содержании тампонажного цемента более 29,17 мас, ф/, (опыт 16) происходитснижение растекаемости раствора до 17 смпо конусу АзНИИ, что делает его непригодным для цементирования обсадных колонн. 35При содержании тампонажного цемента менее 27,78 мас.Д (опыт 17) ухудшаетсяпрочность камня на изгиб до 1,9 МПа, чтониже значения прочности камня известногораствора. 40Оптимальное содержание золы определено в пределах 26,39 - 27,78 мас. при еесодержании в предлагаемом растворе более 27,78 мас,ухудшается прочность камня (опыт 18).Оптимальное содержание глинопорошка находится в пределах 0,67 - 0,89 мас. при содержании его более 0,89 мас,(опыт 19) тампонажный раствор становится не пригодным для прокачивания ввиду малой растекаемости, а при его содержании менее 0,67 мас (опыт 20) стабильность и водоотстой ухудшаются, что не обеспечивает получение однородного и стабильного раствора и может быть причиной некачественного цементирования.Тампонажный раствор (опыт 21), не содержащий ЛПО, имеет недостаточную коррозионную стойкость формируемого цементного камня, Тампонажный раствор (опыт 24), не содержащий глинопорошка, имеет также недостаточную коррозионную стойкость камня и низкую стабильность (0,05 г/смз), отстой 1 фД.Таким образом, тампонажный раствор позволяет получить облегченный цементный камень с повышенной коррозионной стойкостью и достаточной механической прочностью.Формула изобретения Тампонажный раствор для цементирования нефтяных и газовых скважин, содержащий тампонажный цемент, золу и воду, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения коррозионной стойкости цементного камня при одновременном сохранении его прочности, он дополнительно содержит сырые легкие пиридиновые основания и глинопорошок при следующем соотношении ингредиентов, мас,%:Тампонажный цемент 27,78 - 29,17 Зола 26,39 - 27,78 Глинопорошок 0,67-0,89 Сырые легкие пиридиновые основанияВодаоооо Л 0 СО лл аь ВО ь 0 ВС 3 ВО оооо счлма ь л л аь 3 Ч СЧ СЧ СЧ Осоооо 1 1 1 1 О.В1 о 1 Юа 1 1 3 З 1 2о 1 Э 1 ф 1 й 1 С 1 1 ВО сч ь с оооо.4 4 СЧ флесе О 1ММО3 ЯС 1 ВЗО Ох ооооМгла , еьООООм мсч сч ооооО МРь л сО О ВВм мсч сч 3 О МММММММ 4 Ч,3 С Ф Р 4е л ь аь О Л со со ф со со ф сО СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ Сч е Е Х а 1 2 С О 2 О д 2 3 С х 33 хх о О Щ 1- о 3 Х ф О ц . х Х х о Э х х 3 С Э Е 1 о й в е х ф о 3 Е з з 1- Щ 1 л с 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 111 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 131 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 3 1 13 Хо1ою3 оРфО1фМ РЭ 11 11 111 ф1 1Д11 1111дФСО 1Цс С1 1ь 1 У 1ф 11ф О 8О 3 СОО 3-С 1123 1 1х 1 ф 1с 1х о 1Э 3 СО 3Х1о1 Х 1Ос Е 3ЬС 1Э 11:Т 1 И О М СЧ М СЧ О М Ф О 43 е О Ф О О О ВО И И 10 ВС 3 0 ВО ВО ВО 0 е 0 ВО 0 0 0 ВО а 0 Ч 3 М М ВО а леьеьс л с с ееь с с оо оооооооооооооооаоо ооооооооооооо аооооо 0 е 33 Ч О СЧ ОИ И Ф - е ь 0 Сч 01О М Л О Л а с ьа с л ьль лЛ Л Л Л Л Л Г Л Л Г Л Л ВО И а ВО 0 О Л ВО О ОО О О О О О О О О О О О О О О О ИЛ а е 0 И 10 И а Л Л ВО М Л Ф О 3 Оа ВО Л ас л с с с л л а л л а л с л л с с л лСЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧе1 Ч СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ а О ол о о о о о о о о о о о о о о о о о о о оф Ол а о о о о о о о о о о о о сэ мс сч сча оО -- сч а а и и а а и и и а и и а а ее л ь л л сь л л л ь л л Щ1 ФсЭ оооооооооооооооооооо а а-с а ас с л л а л л с а в с л л С фФООФфООООЛе ФлсчСЧСЧСчсч ь(Ч СЧСЧс СЧ е СЧСЧСЧСЧСЧ С М О ОЪ М Ф М И С е ф М Ое Л Л ь- ЛМ И СЧ аОф СЧф.:таО Гама аСЧЛ.ВО-С М ль с ла л лл в л ла л ее л ИСЧ 3 3 СЧ МММММСЧ т СЧ МММММ Ф .Ф С Ф 3 Г -4 Ф Ф ФФ 4 Ф-СФ 4-ФСЧМЛЛЛЛ 1 ЛСЧМСЧЛЛ Лл фсол СЧ - е- - е- -СЧСч - - е- - - О СЧ а в л а л л л л а л л л влвОООООООООООООООО 1 й Л СО СО ь. ) СО О 3 Л СО СО й СО СО СО - И СО СО СОСО О Л глл Л Л ф 0 Л Л СО Л Л Л е- И Л Лл с л вЛлл л л с с л л л лОООООООООООООО ОООО 1 со в со со всо ф ф,ц со со со со а со со со сО со со лмоом ооооллоооооооо Л 0 ЛЛ 0 ЛЛЛЛЛГВЛЛСО Л 1 ллЛЛЛЛ СЧ СЧ СЧ СЧ ь 3 СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ 3 Ч СЧ СЧ Сч СЧ СЧ СЧ ф Лф ММММММСО Л Л З Р -т 3 -З -а Л л л сл л лл л З Л СО ф ф ф Со Со Л Р 3 сЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ сч СЧ11 1 1 1 1 11 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 1 1 1 1 1 11 1 1 111 1 11 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 11 11 1 1 1 1 3 с Ю 1 о О ф е ь Э В г О о М х о а о ф О О о1 фо С 1 Ч к ц- 1- ос х х, х Ф х ф е о С Г 3 ф Р гс С 3 Е Ос х оХ СР 1 лс 30 Хасч фь 3 ЕСЧО а ф хо ф С СЧ з О 3 Еф Ц О- О ф л 2 оло а -хс фССФ Е а ф ха 3 Эф с О сч о р-о 5.- О ц СЧ йф СЕлЕ 3" 3 ьхас а ох 1- Ф Е 3 С але