Тампонажный раствор

(51) М. Кл. Б 21 В 33/138 с присоединением заявки Рй Государственный комитет(23)Приоритет оо делам иэобретеиий н открытийЛата опубликования описания 08,04,80 В, С, Бакшутов, В. В. Симонов, В. В, Бондаренко, В, Н. Никитин, Л. И. Перчик, В. П. Детков и А. И, Чайников(72) Авторы изобретения Московский ордена Трудового Красного Знамени институтнефтехимической и газовой промышленности им, И,Губкина(54) ТАМПОНЛЖНЫЙ РАСТВОР Изобретение относится к горной, неф-те-газодобывающей промышленности, вчастности к получетнпе тампонажного раствора для цементировапия нефтяных и газовых скважин при низких положительных5и отрицательных температурах, в том числе в зоне вечной мерзлоты, в интервале от +15 до -10 С,Известны составы на основе минеральных вяжущих, наполнителей и пенообразователей с величиной порядка 0,450,60 ккал-м ч град. Примером такого рода состава является пенобетон, состоящийиз смеси цемента, иаполнптеля (песка),воды, пенообразователя и стабилизаторапены. В качестве пепообразователя в неммогут применяться гидролизованная кровь,клееканифоль, смолосапонин, алюмосульфонафтены, а в качестве стабилизаторапены - животный клей, жидкое стекло, 20сернокислое железо. Количественные соотношения компонентов в зависимости отмарки пенобетона могут быть самымиразличными 1 11 едостатки этого состава состоят в том, что он обеспечивает получение пенобетонных изделий лишь при температуре 75 и 175 .С (при пропаривании и запарке в автоклавах) с последующей их сушкой и защитой поверхности гидрофобизирующими покрытиями. Однако он абсолютно непригоден для цементирования скважин, тем более при низких положительных и отрицательных температурах, так как в этих условиях он практически не твердеет, Коэффициент его теплопроводности ( Л 0,5 ккал/м ч град) слишком высок и, главное, со временем повышается до 1,2 ккал/ (как у обычного цемента),м ч градтак как водопоглскцение по обьему составляет около 50 о. Кроме того, получаемая пена не является устойчивой в процессе перекачки по трубам и при повышении давления. Камень обладает высокой проницаемостью и высокой сорб- цпонной влажностью, что определяет его крайне. низкую морозостойкость при мноЦель изобретения - снижение коэффициеита тепдопроводности тампонажного - з 0 раствора при одновременном предотвращении растепления скважин за счет создания высокократной термобаростабильной пены.Поставленная цель достигается тем, что тампонажный раствор дополнительно 35 содержит эмульгатор, пенообразователь,кремнийорганическую полимерную жидкость и воздух при следующем соотношении ингредиентов, вес.%:Минеральное вяжущееНаполнительПенообразовательЗмульгаторКремнийорганическоеполимерное. соединение 0,5 -4,0 45.Воздух 0,1 -0,5Калийно-щелочная жидкость эатворения ОстальноеВ качестве минерального вяжущего применяют различного рода цементы си- И дикатного или алюминатного твердения, известь, магнезиальные цементы; в качестве наполнителей - песок, трепел, глины, окислы типа А 1 0 , Ге 0 и т.д. в качестве незамерзающей калиййо-щелочной жидкости затворения 2-20 вес,ч. КСН + 2-20 вес.ч, К СО в соотношении 1:1 на.75-125 вес,ч. Н О, В качестве 33-55 12-16 0,05 -1,5 0,005 -0,5 гократнсм замерзании - оттаивании; камень имеет большую усадку, что ведет к"растрескиванщб.Наиболее близким техническим решением. является тампонажный раствор для 5 цементирования скважин при низкйх положительных и отрицательных температурах, содержащий минеральное вяжущее и н замерзающую жидкость затворения, например цемент 150250 вес.ч, и калийно-щелочную жидкость затворения, состоящую дэ К СО (2-20 вес.ч.), КОН (2-20 вес;ч.) и воды (75-125 вес.ч.). В состав указанного раствора могут входить и обычные наполнители, например песок 2Недостатками такого тампонажного раствора является то, что он расчитан на достижение вйсокой теплоизолирующей способности цементного кольца в затрубном пространстве скважин, эа счет низкого коэффициента теплопроводности (для них величина Л составляет около 1м ч град в связи с чем он не может предотвратить растепление мерзлоты при бурении и тем более при эксплуатации скважин. пенообраэователя - м -олефинсульфонат,афрокс - 200, эмулътвл или, синтанол, вкачестве эмульгатора - бутоксиэросил,аэросил; в качестве кремнийорганическойполимерной жидкости - алкилполисилоксан, диоксидисилоксан, алкил-и арилгидридсилсесквиоксаны, этиловый эфир ортокремниевой .кислоты.В этом растворе незамерзающая калийнацелочная. жидкость эатворения обеспечивает нормальное твердение вяжущегопри температурас (+15)-(-10) С (с понижением температуры количество КОН иК СО увеличивается, оптимальная ихконцейтрация подбирается обычным способом в лабораторных условиях для конкретных условий цементирования - температуры пород, сроков схватывания и т,д. - вуказанных выше интервалах); жидкийэмульгатор (пенообразователь) обеспечиваетполучение высокодисперсной пены, твердый эмульгатор обеспечивает ее термобароустойчивость. Кремнийорганическаяполимерная жидкость обеспечивает снижение до минимума водо-газопроницаемостькамня за счет своей полимеризации в егопорах, кроме того, она дополнительногидрофобиэирует камень при указанныхтемпературах. В щелочной среде эмульгатор способствует дополнительной поризации камня за счет выделения водорода.Все вместе взятые, дополнительно введенные ингредиенты обеспечивают снижениекоэффициента теплопроводности камня тампонажного пеноцемента до величины порядка 0,2-0,3 ккал/м.ч.град,При приготовлении тампонажного раст-вора (рецептура Л 1), оптимальная для(-5 оС) в лабораторных условиях49 вес,% сухой смеси из серийного тампонажного цемента для холодных скважин Чернореченского цементного заводас наполнителями (в смесь входит70 вес,% цемента - 34,4% от всего раствора, 27 вес.% кварцевого песка,3 вес,% бетонита и 0,05 вес.% окисловтина высокодисперсного глинозема 14,6 вес,% от всего раствора) затворяется 50 вес.% калийнсьщелочной жидкости затворения (5 вес,ч, КСО+ 5 вес.ч,КОН на 100 вес.ч. Н 0), В состав тампонажхого раствора также вводится0,1 вес.% с( -одефинсульфоната, 0,1 вес.%эмульгатора (бутоксиаэросип)и 0,7 вес.%стандартной кремнийорганической полимерной жидкости (ГКЖ). После этогов подученный тампонажный раствор вво26306 1=-0,2 - 0,3 ккал/м,ч град, причем даже при содержании в порах (общая порис- тостьЕ =70%) 10-15% жидкости затворония, величина Л=0,3-0,4 ккал/м ч град, 5 т.е. достаточно низка, что является весьма благоприятным. Аналогичным способом получают так- понажные растворы рецептур 2-5 (см.10 таблицу) (2-по нижнему пределу, 3- поверхнему пределу, 4- ниже нижнего предела, 5 - выше верхнего предела), длякоторых также проводят полный цикл испытаний. 4,4 33,0 0,0 0 52,4 12,0 инеральное е 1 анолни,03 0 нос 0 03 ульга тор рганическое полоединение Кремнийомерное с 0,5 0,0 0 06 оз Сумма: 100,0Пеноцементный тампонажный растворв заданных интервалах содержания компонентов обеспечивает нормальные реологические свойства цементного раствора,нормальный процесс его затворения и атвердения и нормальные физико механические свойства цементного камня соотв.ТУ на 21-1-6-67 на облегченные тампонажные цементы для обычных и повьшенных температур при значениях коэффициента теплопроводности Л =0,20,3 ккал/м ч град, что позволяет сделатьвывод об эффективности его промышленного применения для цементирования скважин в наиболее тяжелых условиях, т,е. в 50вечной мерзлоте.,Данный тампонажный, раствор являетсятехнико-экономически эффективным - эффективность от его применения составляетне менее 18 тыс,руб, на 1 скважину про буренную в зоне вечной мерзлоты,Формула изобретенияТампонажный раствор для цементирования нефтяных и газовых скважин в усат, а 33-55 12-16 0,05-1,Г 0,005-0,итси воддух в количестве 0,1 вес,",о, г,е. раствор вспенивается, Глотность раз створа составляет около 1,00-1,20 г/см; растекаемость, например при (-5) С и В/Ц порядка 0,6, составляет около 20 см по конусу АзИИИначало схватывания- около 6 ч., конец схватывания - около 10 ч; время загустевания - около 8 ч с момента затворения; прочность стандартного образца на сжатие через 2 сут составляет около 20 кгс/смф, на изгиб около 7 кгс/см; газопроницаемостьоколо 5 мд; водопроницаемость - около 3 мд; коэффициент теплопроводности 100 О 10,0 100 О 100 О ловиях низких положительных и отрицательных температур, содержащий минерал нее вяжущее, наполнитель и калийно-щелочную жидкость затворения, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения коэффициента теплопроводности ра.створа при одновременном предотвращении растепления скважин за счет создания высоко-кратной термобаростабильной пены раствор дополнительно содержит пенообразователь, а именно Ф -олефинсульфон или эмультал или синтанол, эмульгаторименно аэросил или бутоксиаэросил; кремнийорганическое полимерное соединение, а именно алкилполисилоксан или диоксидисилоксан или алкилгидридсилсесквиоксан йли арилгидридсилсесквиоксан, или этиловый эфир ортокремниевой кислоты и воздух, при следующем соотношении ингредиентов, вес,оо:Минеральное вяжущееНаполнительПенообразовательЭмульгатор726306 Составитель Г. СапроноваРедактор В. Зарванская Техред М. Петко Корректор В, Синицкая Заказ 860/20 Тираж 626 ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Подписное филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Кремнийоргапг.еское полимерное соединение 0,5-4,0 Воздух 0,1-0,5 Калийно-лелочная жидкость затворепия ОстальноеИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Горчаков Г. И. н др, Вяжущие вещества, бетоны и изделия из них. Высшая школа, М., 1976, с, 153- 1 56. 2. Авторское свидетельство СССРпо заявке И 2167741, 13,10,76,