Тампонажный раствор

Оаз СОВЕТСНИХОЦИАЛИСТИЧЕСНСПУБЛИН 09) (11 11 Е 21 В 33/138 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ М И й ВОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОСУДАРС О ДЕЛА Е 21 В 33/138,ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР, вклют минеральную добавкул и ч а ю щ и й с я тем,улучшения однородности(71) Институт коллоидной химии и химии воды им. А.В.Думанского и ОрденаЛенина главное тюменское производственное управление по нефтяной и гаэовой промышленности(56) 1, Авторское свидетельство СССРУ 628289, кл и повышения водоудерживающей способности тампонажного раствора, он содержит в качестве минеральной добавки гидрофобиэированную клиноптилолитоглинистую горную породу при следующем соотношении компонентов в растворе, мас.7;Цемент 30-41 Гидрофобиэированнаяклиноптилолитоглинистая горная порода 13-23 Вода Остальное 2, Тампонажный раствор по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что он содержит клиноптилолитоглинистую горную породу следующего гранулометрического состава, мас.7.:Фракция 1-15 мкм 35-45 Фракция 15-30 мкм 40-45 фракция 30-80 мкм 15-20Изобретение относится к тампонажным растворам для цементирования скважин с температурой ствола не выше 80 С, в том числе в условиях вьюсокопроницаемых пластов с низким дав лением и может быть использовано вФнефтегазовой промышленности и горном деле.Наиболее близким по составу и технической сущности к предлагаемому яв ляется тампонажный раствор пониженной плотности, содержащий цемент, глину, гидрофобизированный клиноптилолит и воду при следующем соотношении компонентов, мас.7: 15Цемент 40,2-40,9Глина 1,0-2,6Гидрофобизированныйклиноптилолит 8,0-12-1Вода Остальное 20В известном растворе достйжение необходимого технологического эффекта осуществляется при реализации совокупного действия двух видов минеральных компонентов - глины и клино птилолита, обладающих существенно различными размерами и структурой частиц. Глинопорошок, способный пептизироваться в воде до агрегатов размером 1-15 мкм, выполняетпреимущест-Зо венно функцию водоудерживающей добавки. Гидрофобизированный органическими веществами (0,001 мас.7. ГКЖ, ГКЖ, триэтаноламин, октадециламин, двучетвертичные аммониевые соли "это 35 ний и т.п.) клиноптилолитовый порошок, имеющий средний размер кристаллов 80 мкм, служит в качестве компонента, снижающего контракцию и упрочняющего цементный камень Ц .Однако большие колебания плотности раствора при затнорении (1,48- 1,55 г/см) и высокое водоотделение (до 6%), приводящие к возрастанию продавочного давления, недоподъему известного тампонажного раствора до устья скважины и неравномерной почнтервальной прочности цементного кольца. Эти недостатки обусловлены технологическими трудностями равномерного распределения в единице объема тампонажного раствора двух типов минеральных разнодисперсных компонентов и неотрегулированностью гранулометричес- кого состава клиноптилолита,.55Цель изобретения - улучшение однородности и повышение водоудерживающей способности тампонажного раство" ра. Поставленная цель достигается тем,что тампонажный раствор, включающийцемент, минеральную добавку и воду,в качестве минеральной добавки содер,жит гидрофобизированную клиноптилолитоглинистую горную породу при следующем соотношении компонентов врастворе, мас.%:Цемент 30-41Гидрофобизированнаяклиноптилолитоглинистая горная порода 13-23Вода ОстальноеПричем гидрофобиэированная клиноптилолитоглинистая горная порода имеет следующий гранулометрический состав, мас.7:Фракция 1- 15 мкм 35-45Фракция 15-30 мкм 40-45Фракция 30-80 мкм 15-20Клиноптилолитоглинистая горнаяпорода залегает мощными пластами намногих месторождениях цеолитизированных туфов (Новый Кохб, Сокирница,;Тедзами и др.) . Ее минералогическийсостав, мас.7, на су: й остаток следующий: клиноптилолит 55-70; монтмориллонит+гидрослюда 25-85; сопутствующие минералы 5-10, Например,пласт Б месторождения Сокирница всреднем содержит 607 клиноптилолита,30% монтмориллонита и 107 примесей.Основными примесными минералами являются кварц и полевой шпат,Клиноптилолитоглинистая породаместорожнения Тедзами содержит 5565% клиноптилолита и ассоциированного с цеолитом 30-35% монтмориллонита, а также 5-107. кальцита.Объемный вес этой горной породы1,8 т/м 3 Химический состав в мас,%представлен в табл. 1,Свойства порошка не зависят от природы гидрофобизатора, который выбирается из числа веществ наимнее дефицитных и экономически эффективных.Клиноптилолитоглинистая горная порода легче размалывается, чем чисто клинонтилолитовые образцы породы и иэ нее получается более дисперсный и легко сыпучий порошок, обогащенный тонкими фракциями, причем глина распределяется возле кристаллов клиноптилолита, Это позволяет при приготовлении тампонажного раствора получать однородные стабильные суспензии. Гидрофобизированный клиноптилолито 1099051глинистый порошок отгружается .в крафт- мешках весом по 40 кг по цене 36 руб. за тонну. При расширении объемов производства возможно удешевление минерального порошка. 5Как видно из табл, 2 и 3, для по" лучения тампонажного раствора с удельным весом 1,45-1,65 г/см с нормированным комплексом реологических свойств и прочности камня компоненты могут находиться в следующих концентрационных пределах, мас.%:Цемент 30-41Гидрофобизиронаннаяклиноптилолитоглинистая горная порода 13-23Вода ОстальноеДля получения тампонажных растворов с удельным весом 1,45-1,5 г/см3 необходимо пользоваться близкими к граничным сочетаниями компонентов - цемента и минеральной добавки 41:13 или 30:23 при водосмесевом отношении около 0,9. При работе с наиболее тонкодисперсными цементами и породой лучшим комплексом технологических свойств обладает состав с максимальным содержанием вяжущего - 41:13. При низкой дисперсности цемента или минеральной добавки целесообразно ис-Зо пользовать повышенные концентрации гидрофобизированной клиноптилолитоглинистой горной породы, т,е. соотношение компонентов близкое к предельному - 30:23,Тампонажные растворы с удельным35 весом 1,5-1,65 г/см приготавливаются3с использованием средних значений соотношений компонентов в системе с постепенным повышением суммарной кон 40 центрации твердых фаз н растворе вплоть до предела - 41:23, дающего тампонажные растворы с минимально допустимой растекаемостью, но с повышенными физико-механическими свой 45 ствами.В табл, 3 дана зависимость свойств тампонажного раствора от соотношения компонентов. Пример лабораторного выполнения 50тампонажного раствора,Готовится смесь из 402 г тампонажного цемента (Стерлитамакского, Вольского заводов) и 146 г сухого порошкагидрофобизнрованной клиноптилолитоглинистой горной породы с гранулометрическим составом: 1-15 мкм - 35%;15-30 мкм - 45%; 30-80 мкм - 20%,Приготовленную смесь затворяют в 452 г воды. Полученный тампонажный раствори камень имеют следующие свойства: плотность 1,51 г/см ; растекаемость 21 см; вязкость 2,6 П; водоотстой 0,4%; водоотдача 40 см9 за 5,2 мин; начало охватывания при 7. С 2 ч 55 мин; конец охватывания 5 о4 ч; контракция при 22 С 0,40 см/ 100 см и при 75 С 1,17 см/100 см; прочность на изгиб при 22 С через 2 и 28 сут соответственно 13 и 44 кг/см при 75"С - 25 и 46 кг/см. Пример выполнения тампонажногораствора на скважине У 6400 месторождения Мамонтово объединения Юганскнефтегаз,Готовится сухая смесь (40% тампонажнаго цемента и 14% гидрофобизиронанного 0,001% этония клиноптилолитоглинистого порошка из расчета насухое вещество) из 21,5 стерлитамакского цемента 8 т гидрофобиэированного клиноптилолитоглинистого порошкаестественной влажности, которая затворялась 23,5 м воды. Выход тампонажного раствора составил 35 м. Па 9раметры тампонажного раствора в процессе атворения следующие: плотность1,49-1,51 г/см ," растекаемость 2323,5; водоотделение отсутствовало;прочность проб камня семисуточногонормального твердения 26-2 кг/см2В процессе цементирования данлениепри прокачке колебалось в пределах90-100 кг/см . Тампонажный растворгвышел на устье.Определение необходимых граничных значений гранулометрического состава гидрофобизированного клиноптилолитоглинистого порошка проводилосьна тампонажном растворе, содержащем,мас.% на сухое. вещество: цемент -40,2; гидрофобизированная клиноптилолитоглинистая порода (гидрофобизатор - 0,001% этония) - 14; вода 45,8.Известный состав содержал, мас.% насухое вещество: цемент - 40,2; глина - 2; гидрафобизированный клиноптилолит (гидрофобизатор - 0,001% этония) - 12 и вода - 45,8.Гранулометрический состав определялся после просеивания через сито008, Для измерения диаметра частици определения весового количествафракций использовались - электронныйи отражательный микроскопы (УЭМВКи ИеоЕо), а также счетчик Культер1099051 Как показала опытно-промышленная проверка,в предлагаемом тампонажном растворе гидрофобизированный клиноптилолитоглинистый порошок обеспечил на практике получение однородного раствора. Природа и дисперсность порошка обусловили понижение водоотдачи и водоотделения, благодаря чему стабилизирован удельный вес0,01 г/см ) и снижено давление при прокачке (на 10 Е) . Осуществлен подьем тампонажного раствора до устья скважин, заколонное пространство заполнено однородным камнем,Таблица 1.Ре О СаО М 80 На О 8102 К О Н О, п.п.п. А 1 О 51,89-58,86 14,45-15,3 д 5,86-6,495,56-7, 791,30-2,0 1,50-2,071,08-2,0110,65-12,20 ТА(диаметр отверстия 100 мкм) и торсионные весы для седиментационного анализа, Распределение частиц по размерам излучалось в водных суспенэиях. Электронно-микроскопические 5 исследования показали, что в суспензиях практически отсутствуют частицы с размером менее 1 мкм. Гранулометрический состав гидрофобизированного клиноптилолита в механической смеси с глиной оказался однородным и пред- ставлен на 90 Е крупнозернистой фрак" цией 60-80 мкм. Наиболее тонкий иэ достигнутых в лабораторных условиях помол гидрофобизированной клиноптило литоглинистой горной породы показал следующие результаты: 1"5 мкм - 133;5-10 мкм - 183; 10-20 - ЗОЖ; 20- ,30 мкм - 253; 30-50 мкм - 10 Е; 50- 80 мкм - 43. При таком весовом соот ношении фракций в порошке по числу частиц фракция с размером 1-5 мкм составляет более 853 от общего количества частиц, находящихся в единице объема, и в связи с этим оказывает большое влияние на водоудерживающую способность тампонажного раствора.Как видно из табл. 2, замена двух видов минеральной добавки на один и регулирование гранулометрического 30 состава порошка позволили получить в предлагаемом составе, по сравнению с известным тампонажным раствором, в 10 раз меньшую величину водоотстоя и пониженную в 2-3 раза водоотдачу при аналогичных реологических харак;теристиках, При этом следует отметить, что, как показали исследованияцементного камня предлагаемого состава, введение однокомпонентной добавки оптимального гранулометрическогосостава позволило получить по даннымморфологического злектронно-микроскопического анализа полностью равномерное иэотропное распределение минеральных компонентов по всему объемуобразца без скоплений в отдельныхмикроучастках - одного из минераловглины или клиноптилолита. Такие скопления ранее наблюдались в камне,сформированном из известного состава,при анализе тампонажного раствора,взятого иэ чанка, что обусловливалоперепады в прочности цементного камня в затрубном пространстве, ФизикомеханичЕские свойства камня, полученного иэ обоих составов в лабораторных условиях, как зто видно иэтабл. 4, практически одинаковы.Редин/см Цемент Порода Вода 41,5 41,0 1,45 37,5 35,5 18,0 46,5 1,49 31,5 1,47 21,1 47,3 23,0 47,0 1,5 1,5 30,0 1,46 29,0 24,0 47,0 21 810 20 1030 36,0 19,0 45,0 20,0 44,0 38,0 0 41,0 23,0 36,0 41,5 23,5 35,0 1,66 16 5037 49 12 6790 54 0 0 Таблица 4 2Прочность на изгиб, кгс/см Схватывание при75 С, ч/мин Контракция, см/100 см Состав При22 С при 22 ОС при 75 СО При75 С Конец Начало через через2 сут 28 сут через28 сут через 2 сут Извест"ный 42 23 40 0,42 1,18 10 3" 15 4-00 Предлагаемый 26 42 0,41 1,16 42 2"50 3-50 ЗИИИПИ Заахав 4334/26 Тивщ 564 Портисное Ш 3 В( .Б,4 12 ьО 4 бф 5 13,0 46,0 13,5 49,0 1)5025 300 12 1,50 , 24 347 13 286 8 24 630 16 24 509 14 25 6001 25 500 8 1,6 2,5 1, 1,0 1,4 1,8 1,9 0,8 1,5 1,4 1,3 2,13 О,г