Тампонажный раствор

.Я.Кал ное руэм, М ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(71) Камский научно-исследователститут комплексных исследованийи сверхглубоких скважин(56) Патент США В 4524828,кл. Е 21 В 33/138, опублик. 1985. Данюшевский В.С. и др. Справ оводство по тампонажным материНедра, 1987, с. 185,Изобретение относится к глубокому бурению, в частности к тампонажным растворам, предназначенным для цементирования обсадных колонн нефтегазовых, геотермальных и специальных скважин в условиях нефтегазоводопроявлений и высоких температур.Известны тампонажные цементные растворы для крепления скважин, приготовленные путем введения втампонажный раствор гидролизованного полиакрилонитрила (ГИ ПАН), Указанные тампонажн ые растворы обладают несколько повышенной по сравнению с бездобавочными тампонирующей способностью, обусловленной повышением вязкости жидкости затворения и уменьшением количества несвязанной воды.Недостатком этих там понажных растворов является интенсивное падение порового давления и повышение проницаемости в начальный период структурообразовэния, а коэффициент тампонирующей способности не превышает 1,40,Известны также тиксотропные цементные растворы, содержащие цемент, воду,(54) ТАМПОНАЖН ЫЙ РАСТВОР(57) Сущность изобретения: раствор содержит компоненты, мас.с,; тампонажный цемент 100; саморассыпающийся алюминиевый шлак-отход производства высоколегированного алюминия 1 - 6; акриловый полимер или эфир целлюлозы 0,5 - 3,0; вода 45 - 65, Отход содержит свободный алюминий, при взаимодействии которого с гидроксидом кальция выделяется водород, Сухую смесь цемента и отхода затворяют на водном растворе добавки, Раствор обладает повышенной седиментационной и суффозионной устойчивостью. 2 табл. С титановое комплексообразующее соединение и водорастворимую смолу с поперечными связями (2), Указанные тампонажные составы обладают повышенными изоляционными характеристиками (тампонирующей способностью) по сравнению с известным тампонажным раствором (1), Однако зти тампонажные составы также подвержены снижению порового давления в 0 процессе твердения, а требуемое значение 0 статического напряжения сдвига (240 Па), (Л при котором не начинается миграция пластового флюида в тампонажный раствор, достигается по истечении значительного времени после окончания продавки цемен- а тного раствора в заколонное пространство, а вероятность нарушения скелета тампонажного раствора высоконапорным пластовым флюидом, как известно, более высока в начальный период твердения тампонажной суспензии,Наиболее близким к предлагаемому хническому решению по технической сущости и достигаемому результату являетсятампонажный раствор (3), включающий,мас,ч:Тампонажный цемент 64,6Вода 32,3Жидкое стекло 1,55Хлористый натрий 1,29Алюминиевый порошок 0,13Да 4 ый тампонажный состав способенк расширению за счет выделения водорода.Недостатком его,является то, что процессгазовыделения сопровождается резкой потерей подвижности, что не дает возможности его использовать для крепленияскважин в условиях повышенных и высокихтемператур.Цель изобретения - сохранение первоначального порового давления в периодструктурообразования тампонажного раствора во время ОЗЦ вусловиях повышенныхи высоких температур, а также повышениеего тампонирующей способности,Поставленная цель достигается тем, чтотампонажный раствор содержит СРАШ, образующийся при выплавке высоколегированного алюминия, а в качестведобавки - гелеобразующие полимер акриловый или эфир целлюлозы при следующемсоотношении компонентов, мас,ч,;Тампонажный цемент 100Саморассы пающийсяалюминиевый шлак (СРАШ) 1 - бПолимер акриловый илиэфир целлюлозы 0,5 - 3Вода 45-65В качестве тампонажного материала используются тампонажный портландцемент,шлаковый цемент, а также различные тампонажные смеси на основе этих цементов,В качестве алюминийсодержащего компонента используется саморассыпающийсяалюминиевый шлак (СРАШ), образующийсяпри выплавке высоколегированного алюминия марки АК 21 МЗН при 680 - 900 С, В процессе охлаждения расплава на воздухеобразуется шлак темно-серого цвета достаточно высокой дисперсности, При нарушении технологии плавления алюминия вшлаке образуется комовый металлическийалюминий, который легко поддается дроблению и измельчению до необходимых размеров,Средний химический состав СРАШ следующий, мас,ч.:2 Оз 50 03 Амат 26 5СаО 3,73 К 20 7,153102 16 05 МЯО 9 21Мп 0,109 1 ча 20 5,94ППП 9,24 Р 205 0,135Плотность СРАШ колеблется в пределах 2380-2500 кг/м . 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Полимерная часть предлагаемого технического решения представлена акриловыми полимерами либо полимерами на основе эфиров целлюлозы. Совместное использование указанных компонентов в пределах, указанных в формуле изобретения, способствует достижению целей изобретения, При этом предполагается следующий механизм воздействия предложенных добавок.Длительное поддержание порового давления и повышение тампонирующей способности цементной сус пензии в заколонном пространстве в период ОЗЦ достигается за счет газообразного компонента, образующегося при взаимодействии гидроксида кальция в алюминиевой частью СРАШ, суммарная реакция которого может быть представлена в следующем виде;2 А 1+ ЗСа(ОН)2+ 6 Н 20 -+СазА 1(ОН)632+ ЗН 2 1Образующиеся в поровом пространстве тампонажного раствора гидроксоалюминаты (СазА 1(ОН)6)2) я вля ются труднорастворимыми гелями, устойчивыми в щелочной среде, За счет кольматации порового пространства вязкоупругим гелем гидроксоалюмината кальция снижаются фильтрационные характеристики тампонажной суспензии, тем самым достигается повышение коэффициента тампонирующей способности.Кроме того, значительное повышение тампонирующей способности происходит за счет обьемного расширения структуры тампонажного теста в результате гидратации оксида магния, содержащегося в СРАШ. Особенно заметно этот эффект проявляется при высоких температурах, Роль полимерной добавки заключается в придании вязко- упругих тиксотропных свойств тампонажной суспензии с целью самозалечивания каналов, образующихся при выделении газообразного агента. Помимо этого полимерные добавки регулируют скорость загустевания и схватывания тампонажных суспензий, т.е, регулируют время начала реакции СРАШ с компонентами гидратации цемента,Приведенные выше сведения свидетельствуют о том, что предложенное техническое решение удовлетворяет критериям "новизна" и "существенное отличие", Кроме того, разработанный тампонажный раствор создает положительный эффект по отношению к известным техническим решениям, что подтверждается результатами сравнительных испытаний, которые представлены втабл,1 и 2,1789665 0,5 - 3,045-65 35 Приготовление тампонажного раствора осуществляется следующим образом,Пример.Требуется приготовить тампонажный раствор из ШПЦС - 200 для цементирования скважины с температурой 180 С и Ка - 1,6, Время загустевания тампонажного раствора не менее 3 ч, Для этого смешивают 100 мас.ч, ШПЦС - 200 с 5 мас.ч. СРАШ до получения однородной смеси. Полученную смесь затворяют на жидкости, в которой предварительно растворен 5 мас.ч, КМОЭЦ при В/В = 0,45,Аналогичным образом готовятся тампонажные составы с другими цементными материалами и добавками для различных условий цементирования,Пределы содержания СРАШ и полимерной добавки выбраны из следующих соображений. При содержании указанных компонентов менее 1 и 0,5 мас,ч соответственно наблюдается снижение первоначального порового давления, а тампонирующая способность невелика. При увеличении содержания компонентов более 6 и 3 мас,ч ухудшаются технологические свойства тампонажного раствора (растекаемость, реологические свойства и др,), а коэффициент тампонирующей способности практически не изменяется. Формула изобретения Тампонажный раствор, включающий тампонажный цемент, алюминийсодержащий компонент, добавку и воду, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью сохранения первоначального порового давления в период структурообразования тампонажного раствора во время ОЗЦ при одновременном повышении его тампонирующей способности, он содержит в качестве алюминийсодержащего компонента само- рассыпающийся алюминиевый шлак - отход производства высоколегированного алюмиСостав разработанного тампонажногораствора подобран таким образом, что позволяет сохранить и поддержать первоначальное поровое давление в процессе ОЗЦ 5 до завершения формирования прочнойструктуры цементной суспензии, Кроме того, газовыделение, которое начинается после продавки цементного раствора в затрубное пространство, препятствует воз никновению суффозионных каналов, образующихся под действием фильтрационных потоков вследствие снижения порового давления. Имеющиеся в составе тампонажного раствора полимерные добавки в результате 15 взаимодействия с вяжущим образуют вязкоупругую тиксотропную гель, придающую ему способность самозалечивать суффозионные каналы, если они по каким-либо причинам образуются.20 Все вышеуказанное способствует повышению изоляционных характеристик тампонажного раствора (седиментационной и суффозион ной устойчивости, коэффициента 25 тампонирующей способности).Применение разработанного тампонажного раствора позволит повысить качество крепления скважин, увеличить межремонтный период работы сква жин. ния, а в качестве добавки содержит акриловый полимер или эфир целлюлозы при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:Тампонажный цемент 100 Саморассыпающийсяалюминиевый шлак -отход производствавысоколегированногоалюминия 1 - 6 Акриловый полимер илиэфир целлюлозыВода1789665 8 Таблица 1 Состав исследованных тампонажных растворов Со е жанне компонентов по составам, мас.ч Наименование компонентов 10 1 (прототип)32,3 1,29 1,55 Таблица 2 Свойства исследованных тампонажных растворов и цементного камня на их основе остал , Плот Расши- ( Водоот.рение,деле.ниеТемпера- Давле.тура, С ние, МП Время загустев, анияя, ч- мин Коаффициент тампа.1 нажной 1 способ. 1ности Растекаемостьсм ность.кгlм ль.е,4 5 0 4 5 Составитель Я, КурбановТехред М,Моргентал Редактор Т, Ку ль Корректор Заказ 334 ВНИИПИ Госуда Тираж Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб.,4/5 ьский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 зводственно-и Тампонажный цемент Алюминиевый порошок Самарассыпающийся алюминиевый шлак Гелеобразующий полимер Вода Хлористый натрий Жидкое стекло800 800 750 820 820 820 820 780 820 840 12-1419192019,519,519,014,021 Прочность це. ментного камня при иагибе, МПа