Тампонажный раствор

)5 Е 21 В 33/138 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАН ЗОБРЕТЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ следоватследованин/138, 1985,вский В. С. ипо тампонажн87, с, 185,р. Справочное м материалам. виях умере этим интен(71) Камский научно-иститут комплексных иси сверхглубоких скваж,цанюшеруководствоМ,; Недра. 19 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, приготовлейные путем введения в тампонажный раствор оксида кальция, Указанные тампонажные растворы обладают несколько повышенной, по сравнению с бездобавочными, тампонирующей способностью, обусловленной расширением структуры цементного раствора.Недостатком этих тампонажных растворов является ускоренное твердение в услонных температур и связанное с сивное падение порового давления тампонажной суспензии, Кроме того, интенсивная гидратация части оксида кальция при повышенных температурах и пре Я 21795083 А 1(57) Сущность изобретения: раствор содержит компоненты, мас,ч,: таглпонажный цемент 100; саморассыпающийся алюминиевый шлак - отход производства высоколегированного алюминия 1-6; соль поливалентного металла 0,5-10,0; вода 45-100, Отход содержит свободный алюминий, при взаимодействии которого с гидроксидом кальция выделяется водород, В качестве соли используют медный купорос, сернокислое железо и др. Сухую смесь компонентов затворяют на водном растворе соли, Раствор обладает повышенной седиментационной и суффозионной устойчивостью, 2 табл. вращение его в гидроксид кальция до начала процесса структурообразования не вызывает расширения тампонажного раствора,Известны также тиксотропные цементные растворы, содержащие цемент, воду, титановое комплексообразующее соединение и водорастворимую смолу с поперечными связями. Указанные тампонажные составы обладают повышенными изоляционными характеристиками (тампонирующей способностью) по сравнению с из вест н ым тампон ажн ым раствором.Однако эти тампонажные составы также подвержены снижению порового давления в процессе твердения, а требуемое значение статического напряжения сдвига (240 Па), при котором не начинается глиграция пластового флюида в тампонажный раствор, достигается по истечении зна в 1- тельного времени после окончания продавки цементного раствора в заков,нно; пространство, а вероятност ра:р,ев:в,яскелета тампонажного раствора высоконапорным пластовым флюидом, как известно, более высока в начальный период твердения тампонажной суспенэии.Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности и достигаемому результату является тампонажный раствор включающий, мас.ч,;Тампонажный цемент 64,6.Вода 32,3Жидкое стекло 1,55Хлористый натрий 1,29Алюминиевый порошок 0,13Данный тампонажный состав способен к расширению за счет выделения водорода. Недостатком его является то, что процесс газовыделения сопровождается резкой потерей подвижности, что не дает возможности его использовать.для крепления скважин в условиях повышенных и высоких температур,Цель изобретения - сохранение первоначального порового давления в период структурообразования тампонажного раствора во время ОЗ Ц в условиях повышенных и высоких температур, а также повышение .его тампонирующей способности,Поставленная цель достигается тем, что тампонажный раствор содержит саморассыпающийся алюминиевый шлак (СРАШ), образующийся при выплавке высоколегированного алюминия, а в качестве добавки - гелеобраэующая соль поливалентного металла при следующем соотношении компонентов, мас,ч,;Тампонажный цемент 100 Саморассыпающийсяалюминиевый шлак (СРАШ) 1 - 6 Соль поливалентногометалла 0,5 - 10 Вода .45 - 100 В качестве тампонажного материала используются тампонажный портландцемент, шлаковый цемент, а также различные тампонажные смеси на основе этих цементов.В качестве алюминийсодержащего компонента используется саморассыпающийся алюминиевый шлак (СРАШ), образующийся при. выплавке высоколегированного алюминия марки АК 21 МЗН при температуре 680 - 900 С, В процессе охлаждения расплава на , воздухе образуется шлак темно-серого цвета достаточно высокой дисперсности, При нарушении технологии плавления в шлаке образуется хамовый металлический , алюминий, который легко подвергается дроблению и измельчению до необходимых размеров,Средний химический состав СРАШ следующий, мас.7:А 20 з 50,03СаО 3,735 во 2 16,95МпО 0,109П.П.П, 9,24А 1 мет 26,5М 90 9,2110 К 20 7 15йа 20, 5,94Р 205 0,135Плотность СРАШ колеблется в пределах2380-2500 кг/м.15 В качестве соли поливалентного металла используются хлориды, сульфаты, нитратыжелеза, цинка, меди, образующие нерастворимые вяэкоупругие гелевые системы в порах тампонажнай суспензии в процессе20 химической реакции с гидроксидом кальция, выделяющимся при гидролизе и гидратации минералов тампонажного цемента.Совместное использование укаэанныхкомпонентов в пределах указанных в25 формуле изобретения способствует достижению целей изббретения, При этомпредлагается следующий механизм воздействия йредложенных добавок,Длительное поддержание порового30 давления и повышение тампонирующейспособности цементной суспензии в эаколонном пространстве в период ОЗЦ достигается эа счет газообразного компонента,образующегося при воздействии гидрокси 35 да кальция с алюминиевой частью СРАШ,суммарная реакция которого может бытьпредставлена в следуЮщем виде:2 А+3 Са(О Н)2+6 Н 20 --СаэА(ОН)6)2+ЗН 2140 Образующийся в поровом пространстветампонажного раствора гидроксоалюминаткальция СаЯА 1(ОН)ф является труднорастворимым гелем, устойчивым в щелочнойсреде, За счет кольматизации порогового45 пространства вязкоупругим гелем гидроксоалюмината кальция снижаются фильтрационные характеристики тампонажной суспензии,тем самым достигается повышение коэффициента тампонирующей способности.50 Кроме того, значительное повышениетампонирующей способности происходитза счет объемного расширения структурытампонажного теста в результате гидратации оксида магния, содержащегося в СРАШ.55 Особенно заметно этот эффект проявляетсяпри высоких температурах,Роль солевой добавки заключается впридании вязко-упругих,. тиксотропныхсвойств тампонажной суспензии с целью1795083 40 100 1 в 0,5 - 10,045-100 при выделении газообразного агента. Помимо этого добавки солей поливалентных металлов регулируют скорость загустевания и схватывания тампонажных суспензий, т,е. регулируют время начала реакции СРАШ с компонентами гидратации цемента,Результаты сравнительных испытаний представлены в табл. 1 и 2.Приготовление тампонажного раствора осуществляется следующим образом.П р и м е р. Требуется приготовить тампонажный раствор из ПЦТ - Д 50 - 100 с повышенной седиментационной и суффозионной устойчивостью (повышенным коэффициентом тампонирующей способности) для цементирования скважины с забойной температурой 90 С и К=1,5. Время загусиевания раствора не менее 2 ч 40 мин. Для приготовления указанного тампонажного раствора 100 мас.ч, тампонажного цемента смешивают с 4 мас,ч, СРАШ до полной гомогенизации смеси, Полученную смесь затВоряют на жидкости, в которую предварительно введен 1,5 мас,ч; медного купороса при В/С=0,5.Аналогичным образом готовятся тампонажные составы с другими цементными матерИалами и добавками для различных условий цементирования,Состава и свойства приведен в табл. 1 и 2 соответственно.Пределы содерджания СРАШ и гелеобразующих компонентов (соли поливалентных металлов) выбраны из следующих соображений, При содержании указанных компонентов менее 1 и 0,5 мас,ч. соответстФормула изобретения Тампонажный раствор, включающий тамгтонажный цемент, алюминийсодержащий компонент, добавку, и воду, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью сохранения порового давления в период структурообраэования раствора и твердения камня при одноВременном повышении тампонирующей способности, он содержит в качестве алюМинийсодержащего компонента само- рассыпающийся алюминиевый шлак - отход производства высоколегированного алюмивенно наблюдается снижение первонаального порового давления, а тампонирующаяспособность невелика. При увеличении содержания компонентов более б и 10 мас,ч,5 ухудшаются технологические свойства тампонажного раствора (растекаемость, реологические свойства и др,), а коэффициенттампонирующей способности практическине изменяется.10 Состав разработанного тампонажногораствора подобран таким образом, что позволяет сохранить и поддержать первоначальное паровое давление в процессе ОЗЦдо завершения формирования прочной15 структуры цементной суспензии, Кроме того, газовыделение, которое начинается после продавки цементного раствора взатрубное пространство препятствует возникновению суффозионных каналов, обра 20 зующихся под действием фильтрационныхпотоков вследствие снижения порового давления, Имеющиеся в составе тампонажногораствора соли поливалентного металла в результате взаимодействия с вяжущим, обра 25 зует вязкоупругую, тиксотропную гель,придающую ему способность "самоэалечивать" суффозионные каналы, если они покаким либо причинам образуются,Все вышеуказанное спосогбствует поЗО. вышению изоляционных характеристиктампонажного раствора (седиментационной и суффозионной устойчивости, коэффициента тампонирующей способности),Применение разработанного тампо 35 нажного раствора позволит повысить качество крепления скважин, увеличитьмежремонтный периодработы скважин. ния, а в качестве добавки - соль поливалентного металла при следующем соотношениикомпонентов, мас,ч; Тампонажный цементСаморассыпающийсяалюминиевый шлак - отходпроизводства высоколегированного алюминияСоль поливалентногометаллаВодаАлюминиевый по.рошокСаморассыпаю.щнпсл алюмнние.вый шлакСоль полнвалентного металлаВодаХлористый натрийЖ кое стекло 0,13 4 610 5Реэ(50 л 7 г 2 л 5 04100 50 4 1.5 Сн 50 л 5032.3 1.29 155 Таблица 2 ВодоотделР ние, % Темпе. Расширение,Давле.ние,МПа Сроки схватывание ч.мин Време эагуст- кванил, ч мин Относительноепоровое давле.ние Коэф - т тампон. способ. ности Плот. РастеСостав ра, С ность, каем.,кг/и см конец конан начало ное началь. ноечет 18-20 1820 12 П р н м е ч а н н е. Коэффициент твмпонирующей способности и относительное пороаое давление определлли по методике Соловьева-Геранина,Составитель Я. КурбановТехред М,Моргентал КоРРектоР Н. Милюкова Редактор Т, Иванова Заказ 413 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1800 1860 1820 1750 1800 1750 1660 1520 1740 1860 1680 12-14191819,519.1921201915Не те 1.35 1.65 1,7 1.% 1.2 1.3 1.7 1.6 1.7 1.25 1.8 1.82 1.82 1.75 1,8 1,75 1,66 1,52 1,74 1.86 1,21,821,821,751;21,01,об1.521,741,2 0-40 2-10 3-20 3-20 3-00 1-05 3-15 3-40 3-55 0-55 15-17 1-20 3-30 3-40 3-35 Э1-15 3-40 4-00 4-20 1-20 0-50 3-15 Эт 20 3-30 3-05 1-05 3-20 Э1-00 22 75 90 120 40 180 76 90 200 75 120 0 О 20 30 0 50 0 10 50 5 20 Проч. ность цемент нл при иэпгбе, МПа 0,9 3.1 4.8 3,6 4,1 2,5 2,8 6,2 2,0 10 15 18 1,0 0 10,2 1 Э.б 25 2,8 4 0.5 0 0 4.5 5 0 0 0 0 9