Способ получения тампонажного раствора

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУчаюе ПАВ ПОЛУЧЕНИЯ ТАМПОаключающийся в заГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Сахалинский государственныйнаучно-исследовательский и проектныйинститут газовой промышленности(56) 1. Данюшевский В,С. Проектирование оптимальных составов тампонажныхцементов. М., "Недра", 1978, с.29.2. Авторское свидетельство СССРУ 691554, кл. Е 21 В 33/138, 1979(54)(57) 1, СПОСОБНАЖНОГО РАСТВОРА, з творении портландцемента водой с добавками, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью максимального повышения седиментационной устойчивости тампонажного раствора при изменении угла наклона тампонажной системы до 45 еС и обеспечения высокой прочности це-ментного камня в интервале 22-9 О С, портландцемент затворяют иа воде, содержащей хлористый натрий в коли" честве 14-16 Х и ПАВ, имеющее критическую концентрацию мицеллообразования не более 0,0054 Х в количестве О,2-0,6 Х от массы воды.2. Способ по и. 1, о т.л ищ и й с я тем,то в качеств используют окзил.112931ИзобретЕние относится к бурению скважин, в частности к крепленим нефтяных и газовых скважин.Известны способы приготовления тампонажного раствора, заключающиеся в том, что с целью повышения седиментационной устойчивости, к портлаидцементу или в воду для его затворения добавляют различные наполнители и химические реагенты 1 3 0Однако повышение водоудерживающей способности тампонажного раствора при этом сопровождается ухудшением других свойств тампонажного раствора и камня; подвижности раствора, проч ности камня и т.д.Наиболее близким к предлагаемому является способ получения тампонажного раствора, заключающийся в затворении нортлаидцемента водой с добавка О ми 23 по которому в воду затворения предварительно вводят смесь водного раствора алюмината натрия, имеющего рН более 7, и нластификатора. В качестве пластификатара используется 25 сульфитиоспиртовая барда (ССВ) в количестве до 1 , а алюминат натрия вводят в количестве до 5% по весу сухого вещества к несу цемента.Тамнонажный раствор,полученный Зр по данному способу, имеет высокую седиментащеонную устойчивость, определенную при вертикальном расположении системы (цилиндр или скважина с тампонажным раствором), и образует камень, прочностью не ниже прочностикамня из цементного раствора без добавок,Однако нри аклонии ситеы от 40 вертикали (в реальных условиях нефте.газовые скважины в большинстве случа-. ев имеют зенитный угол от 3 до 45 ) вадаетделение из раствора, приготовленного по известному способу, еще 4 значительна по абсолютному его значению, Это объясняется тем, что при наклоне системы значительно сокраща-. ется путь седиментации твердой фазы а добавка пластификаторов облегчает взаимное разделение Фаз (воды затворения и твердой составляющей раствора).Кроме тога, применение в качестве пластификатора ССБ приводит к вспени.55 ванию таипонажного раствора и требует введения пеногасителей, что приводит к снижению седиментационной ус 272тойчивости раствора и прочности камня.Цель изобретения - максимальное повышение седиментационной устойчивости тампонажного раствора при изменении угла наклона тампонажной системы до 45 С и обеспечение высокой прочности цементного камня в интервале температур 22-90 С..Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения тампонажного раствора, заключающемуся в затворении портландцемента водой с добавками, портландцемент затворяютна воде, содержащей хлористый натрий в количестве 14-16% и ПАВ, имеющее критическую концентрацию мицеллообразования не более 0,0054 . в количестве 0,2-0,6 . от массы воды,При этом в качестве ПАВ использу- Ъют окзил.Такой выбор комбинированной добавки объясняется тем, что за счет совместного действия электролита и ПАВ происходит связывание свободной почвы и увеличение ионной силы раствора, это соответственно уменьшает энергиюдисперсной Фазы и увеличивает скорость структурообразования, что, в свою очередь, приводит к быстрому накоплению Фазы новообразований колаидных размеров, на основе которой формируется первичный каркас, препятствующийпроцессу седиментации.Выбор окзила, имеющего величинукритической концентрации мицеллооб-.разования ККМ не более 0,005-0,0054 .,обусловлен тем, что именно такие ПАВ в большей степени повышают седиментационную устойчивость при добавкеих в комбинации с электролитом. Применьшем значении ККИ снижается критический размер мицелл и соответственно их образуется больше в одинаковом объеме. При этом иммобилизируется значительное количество воды,так как близлежащие ее молекулы адсорбируются на поверхности большого количества мицелл.В табл.1 представлено влияние критической концентрации мицеллообразования (ККМ) различных ПАВ на водо- отделение тампонажного портлацццемента Спасского завода при различных углах наклона тампонажной системы (концентрация 5 аС 8 в воде затворения 150 г/л);%, при углахнаклона,о 0 45 10 Например, такие добавки электролитов как КСФ и СаС, в комплексе сПАВ хотя и значительно повышают седи-.ментационную устойчивость раствора иулучшают физико-механические свойства камня, но не могут, быть использованы. Это объясняется тем, что тампонажный раствор с такими добавками,получаемый при стандартном водосмесевом отношении (В/Ц=О,5), имеет подвижность (растекаемость), и срокизагустевания не удовлетворяют требо-ваниям ГОСТ 1581-78,В табл.2 представлено минимальное водоотделение и макси 25 мальное повышение прочности втемпературном интервале 22-90 С, которое достигается при затворении;.портландцемента на 14-16%-ном водномрастворе хлористого натрия и добавкеокзила - 0,2-0,6 ЕНижний предел концентрации хлорнстого натрия 14% обусловлен тем, чтопри меньших ее добавках в комплексес любыми сочетаниями окзила уже недостигается высокая седиментационнаяустойчивость при больших углах наклона системы (см.табл.2),КМЦ-О, 4ССБ,4Окзил,4 1,8 7,85 1,69 10,23 0 0,05 Нет 0,005- 0,.0054 0,0098 0,5 1,8 Гипан,4 Карбофен:0,4 0,0150 0,93 2, 12 Таблица 2 изгиб,2-суточногори температурах,о Содержание Водоотделпри углахна,ие,акло Концентрацияхлористого натрия, % р очность ранения,н с окзил 0 0 52,7 2,0. 4,О 471 10 18 36 403 53 ,2 01 ОЗ 05 41,1 55 52,4,2 0,1 0 0,3 42,6 56, 1 55,8,6 Из табл.1 видно, чтодля достиже" ния максимальной седиментационной устойчивости тампонажного,растворав интервал углов наклона системы0-45 о требуется выбирать ПАВ, имею-. щее ККМ в пределах 0,005-0,0054%.Таким образом, введениесильных электролитов способствует возрастанию количества образующихся мицелл вобъеме раствора без увеличения кон,центрации ПАВ,1В этом случае процесс связывания свободной воды во многом определяет 27 4,ся хемосорбцией и поэтому седиментационная устойчивость мало зависит от угла наклона системы, оставаясьвсе время высокой.Следует отметить, что не все добавки электролитов и ПАВ могут использоваться для реализации предложенного способа.1129327 Продолжение табл. 2Ь 2-суточногомпературах,Водоотделение,при углах наклна,рочность камня на изги ранения, кг/смак при т,б 33,7 э 2 Оэ 1 02 Оэ 5 34 54,4 00 О О 4 Эб 9 5 53,2 О,0,0 О,О 33,1 5 6,8 обавка хлористого натрия и окзила в . от массы жи сти затворения. ий предел добавки хлористог 16%) обусловлен тем, что пр добавках соли уже не достимаксимальная прочность камня интервале температур (22- м.табл,2). ки окзила 0,2% что при мень- сочетании с ористого натриясимальная седисть тампонажКонцентрацияхлористого натрияэ Х Верхнатриябольшихгаетсяво всем90 фС) ( Содержание окзила,Ж ээ 01 Оэ 8 2 э 2 0,2 0,0 0,0 04 00 ОэО 4 . 00 ОэОНижний предел добавыбран исходя из тогоших добавках окзила в14-1 б%-ной добавкой хлуже не достигается маментационная устойчив1129327 ного раствора во всем интервале углов этого предела применение добавки не- наклона системы (0-45 ) (см.табл.2), целесообразно, так как интервал добавок окзила 0,2-0,6% позвбляет получатьВерхний предел добавки окзила необходимое время прокачивания в диа,6% выбран исходя иэ того, что выше. 5 пазоне температур 22-90 С (см,табл.З). Таблица 3 Время загустевания, ч/мин, приоС фф Состав жидкости затворения ф70 22 50 Окэил,% Хлористыйнатрий, % 30 П 50 П 30 П 50 П 30 П 50 П 30 П 50 П 0,2 4-30 5-20 1-50 2-15 1-20 1-35 0-30 0-,40 0,4 6-40 7-20 2-30 2-47 1-50 2-00 0,55 1-10 15 3-20 3-45 2-30 2-45 1-45 1-55 0,6 15 Добавка хлористого натрия и окзила от массы жидкости затворения.М Время загустевания определялось на консистометре КЦП р и м е р 1 (нижний граничный интервал применения способа)Исходные данные: температура 22 С, колио50 чество цемента 10 т, водоцементное отношение (В/Ц), 0,5, количество жидкости эатворения 5,0 м. Для затворения портландцемента вемкостях ЦА готовят жидкость затворения, представляющую 15%-ный водныйраствор хлористого натрия с добавкой0,2% окэила. Это позволяет контролировать качество жидкости эатворения и в процессе приготовления тампонажного раствора достигнуть поставленную. цель,Верхний предел температуры 90 С ЗО выбран исходя из того, что тампонажные портландцементы, выпускаемые промышленностью, рекомендуются к использованию в -скважинах с температурой ниже 100 С. Это подтверждается результатами опытов (см.табл.2), которые показывают, что при температуре выше 90 ОС, происходит значительное падение прочности тампонажного камня,Нижний температурный интервал 40 22 С выбран исходя иэ того, что тамопонажный раствор в основных нефтегазодобывающих районах (исключая районы вечной мерзлоты) поднимают на высоту 5-200 м от устья, где минимальная температура составляет 22-25 С.о В первую очередь в воде растворяют хлористый натрий. Для получения15%-ного водного раствора необходимо166 кг хлористого натрия на 1 м воды,Таким образом, для приготовления5 м жидкости затворения необходимо166 кг 5=830 кг хлористого натрия.После приготовления 15%-ного водного раствора хлористого натрия (полного растворения 830 кг в 5 м воды) вжидкость затворения (нижний пределдобавки окзила), что составляет 10 кгсухого вещества окзила на 5 мз жидкости затворения. Добавка окзцла 0,2%обеспечивает в комплексе с хлористымнатрием как высокую седиментационнуюустойчивость при приготовлении тампонажного раствора, так и необходимоевремя прокачивания (см.табл.З). Жидкость эатворения затем тщательно перемешивают и замеряют ее плотность,которая должна соответствовать1,1 г/смэ.Заказ 9419/25 Тираж 564 ПодписноеВНИНПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д,4/5Филиал ЕБ "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 9 11293На приготовленной жидкости затворения осуществляют приготовление тампонажного раствора и транспортировку его в затрубное пространство по известной технологии, 5П р и м е р 2. Исходные данные: температура 70 ОС, количество цемента 10 т, В/Ц(,.5, количество жидкос-ти затворяя 5 мз .В этом случае технология приготов ления жидкооти засорения и тампонаж Ъного раствора не отличается от укаэанной в примере 1. В данном случае лишь изменяется количество окзила исоставляет 0,47 от массы жидкости 15 затворения, т.е. 20 кг на 5 мзЭто вызвано тем, что добавка окзила 027 хотя и позволяет достигнуть цели изобретения, но не позволяет получить необходимое время загустевания 20 тампонажиого раствора. Этому требованию удовлетворяет добавка окзила 047. (см.табл,3). Таким образом содержание хлористого натрия в жидкости затворения составляет 166 кг 25 на 1 мэ и соответственно окэила 20 кг на 1 м воды затворения.П р и м е р 3 (верхний граничный интервал применения способа). Исходные данные: температура 90 С, коли- ЗО чество цемента 10 т, В/Ц 0,5, коли-чества.жидкости затворения 5 м. В этом случае приготовление жидкости эатворения и тампонажного раст вора принципиально не отличается от примеров 1 и 2Разница лишь в том, что для получения необходимого времени загустевания тампонажного раствора (см.табл.2) добавка окзила в комплексе с хлористым натрием в жидкости затворения составляет 0,6 Ж (30 кг). Таким образом, содержание хлористого натрия составляет 166 кг на 1 м и соответственно окзила 30 кг на 1 мз воды затворения. Приведенные примеры подтверждают возможность осуществления данного способа с целью получения тампонажного раствора высокой седиментационной устойчивости.в интервале углов наклона 0-45 , а сформированного камня - максимальной прочности в интервале температур 22-90 ОС. Использование данного способа получения тампонажного раствора дает возможность получать раствор максимальной седиментационной устойчивости и обеспечит высокие физико-механические свойства сформированного из него камня, повысить качество разобщения пластов в нефтегазовых скважинах.