Способ приготовления тампонажного раствора

СОЮЗ СОЕГТСНИХшнн ююеснаРЕСПУ 1 ЫИН 09) 01) 4(51) Е 21 В 33/138 ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПС ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮ(71) Среднеазиатский Государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промьпппенностн. "СРЕДАЗНИПИНЕФТЬ"(56) 1. Данюшевсний В,С. и др, Справочное руководство по тампонажным материалам. М., "Недра", 1973, с. 69.2. Патент США В 3557876, кл. 166-292, опублик. 1971.3. Авторское свидетельство СССР .В 909122, кл. Е 21 В 33/138, 1980 (прототип).(54)(57) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА путем смешения порт"., ландцемента с хризотиловым асбестом бентонитом лекстрином и водой) о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью поннхения плотности тампонакного раствора, повышения прочности образующегося при твердении цементного камня и упрощения технологии приготовления тампонахного раствора, сначала готовят путем гидродинамической активации 2-4 Ж-ный бентонитовый раствор в который затем добавляют хризотиловый асбест в сухом виде или в виде суспензия в количестве от 2 до 203 от массы портландцемента и после пе- Ф ремешивания приготовленной суспензиисмеси до однородного состояния за.творяют на ней портландцемент.1 113Изобретение относится к бурению, а именно к получению тампонажных растворов.Известны способы получения тампонажных растворов пониженной плотностипутем введения в цементный растворминерального облегчающего или высоководопотребного компонента - опоки,бентонита, мела, золы 11 .Известен способ получения тампонажного раствора путем добавленияв буровой раствор гидроокиси щелочного металла, окиси кальция 12.Однако в условиях скважины смешивание бурового раствора с цементирующим веществом неполное и твердениепроисходит преимущественно лишь в зоне смешивания,в основном в поверхностных слоях с. образованием корки, В реЛзультате этого плотность и прочностьзатвердевшего цемента по объему получается неоднородной.Наиболее близким к изобретению является способ получения тампонажногораствора путем предварительного приготовления суспензии бентонита и асбеста плотностью 1,04-1,10 г/см сконцентрацией каждого компонента2-5 вес.7 от общего веса тампонажного раствора и соотношении их 1;1,30после чего не менее, чем через суткизатворяют на полученной суспензиицемент с одновременным введением раствора декстрина и дополнительно бентонита и асбеста, причем последниеберут соответственно в количестве0,1-0,3, 4-13 и 1-4 вес.7 от общеговеса тампонажного раствора 3,Недостаток этого способа - необходимость предварительного приготовления суспензии бентонита и асбеста,при котором как минимум сутки должныбыть заняты перемешивающие емкости.Кроме того, длительное время - не ме".нее суток - должно производиться перемешивание, в результате чего непроиз водигельно загружаются емоксти и дополнительно затрачивается энергия,К тому же длительное перемешиваниесуспензии белтонита и асбеста приводит к повышенной водоудерживающейспособности частиц, что в дальнейшемприводит к чрезмерному водосодержаниюцементного раствора и понижению механической прочности образующегосяпри твердении цементного камня. 55Цель изобретения - понижение плотности тампонажного раствора, повышение прочности образующегося при твер 7183 1 денни цементного камня и упрощение технологии приготовления тампонажного раствора.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу приготовления тампонажного раствора путем смешения портландцемента с хризотило вым асбестом, бентонитом, декстрином и водой, сначала готовят путем гидродинамической активации 2-47-ный бентонитовый раствор, в который затем добавляют хризотиловый асбест в сухом виде или в виде суспензии в количестве от 2 до 207 от массы портландцемента и после перемешивания приготовленной суспензии смеси до однородного состояния затворяют на ней портландцемент,Как известно, применение цементнобентонитовых тампонажных растворов ограничено температурой 80-90 С, Одо нако при добавлении в цементно-бентонитовый раствор асбеста, температурный диапазон применения такого тампонажного раствора существенно расширяется в сторону более высоких температур. Положительная роль асбеста обусловлена его способностью адсорби ровать бентонит и при затвердевании тампонажного раствора армировать цементный камень, улучшать его вязкоупругие характеристики, повышать деформативность и трещиностойкость в условиях динамических и вибрационных нагрузок.Бентонитовый глинопорошок затворяется водой и подвергается гидродина.мической диспергации в гидродинамическом активаторе, например, типа ГДАинститута коллоидной химии и химии воды АН УССР.При наличии минерализованной воды для предотвращения ухудшения диспергации глинистых частиц предусматрива. ется добавление реагентов для смягчения жесткэсти, например карбоната натрия или тринатрийфосфата. Длительность обработки, необходимой для диспергации бентонитового глинопорошка, определяется числом циклов при такой обработке. Оно зависит от температуры воды и качества бентонитового порошка,его дисперсности и состава.Так, для приготовления бурового раствора с диспергированной глинистой фазой из бентонитового глинопорошка, представленного палыгорскитом (аттапульгитом), с условной3 1137 вязкостью 25-30 с по воронке истечения СПВи при наличии давления на входе активатора 10 .кгс/см требуется следующая длительность обработки в зависимости от температуры воды затворения: при температуре воды за 5 творения 10 С - 10-12 циклов; приотемпературе воды затворения 25 С - 8-10 циклов; при температуре воды 50 С - 6-8 циклов.О10С повышением температуры воды затворения от 10 до 50 С длительность диспергации частиц глинистой фазы существенно сокращается.В производственных условиях15 при рабочем давлении на входе актива. тора 140-200 кгс/см длительность активации палыгорскитового раствора при температуре воды затворенияо20-25 С сокращается до 2-3 циклов, Ю что дает существенные преимущества по сравнению со способом-прототипом и исключает предварительное затворение.После проведения диспергации бен,тонитбвого раствора в него добавляет 25 ся хризотиловый асбест в, количестве от 2 до 207 от веса портланцемента либо приготовленный бентонитовый раствор перемешивается с приготовленной асбестовой суспензией, количество хризотилового асбеста в которой составляет от 2 до 207 от веса портландцемента.После перемешивания приготовленной суспензии по однородного состояния наЭ 5 ней затворяют расчетное количество портландцемента.Для контроля содержания хризотилового асбеста в суспензии составляется табл. 1 зависимости содержания асбес о та от плотности асбестовой суспензии и с помощью ариометра и пикнометра осуществляется контроль,П р и м е р 1. К 2000 мл питьевой воды добавлялось 60 г бентонита 45 .(37-ный раствор) Махарадзевского месторождения (ГССР), затем дисперга цию бентонита в растворе проводили в десятикамерном гидродинамическом активаторе типа ГДА. Рабочее дав ление на входе 10 кгс/см , перепад давления 5 кгс/см.ОПри температуре окружающей среды 25 С для получения высокой диспергации бентонита в растворе было про изведено 10 циклов, после чего в раствор добавлялось 61,6 г хризотилового асбеста 7 сорта (2 Х от веса 183 4расчетного количества портландцемен та) и вся суспензия перемешивалась лабораторной лопастной мешалкой до однородного состояния, после чего добавлялось 6 г декстрина (0,27. от веса расчетного количества портланд-. цемента) и на суспензии затворялось 3012 г портландцемента Кувасайского цементного комбината МПСМ УЗССР. Водосодержание приготовленного тампонажного раствора составляло 657, а растекаемость его на конусе АзНИИ 22 см. Плотность такзого раствора по ариометру 1,65. г/см. Стабильность раствора 0,01 г/см при водоот 9 стое 07Испытания, проводившиеся в консистометре КЦсистемы ВНИИКАнефтегазаОФ при 100 С (давлении 500 кгс/см ), показали, что время загустевания раствора составило 2 ч 45 мин).Механическая прбчность определялась на приборе МИИи гидравлическом прессе ПГ. В двухсуточ ном возрасте механическая прочность на изгиб и сжатие составила соответственно 52,5 и 160 кгс/смП р и м е р 2. К 2000 мл питьевой воды добавлялось 60 г бентонита(37-ный раствор) Махарадзевского месторождения (ГССР), затем диспергацию бентонита в растворе проводили в десяти- камерном гидродинамическом активаторе типа ГДА. Рабочее давление навходе 10 кгс/см , перепад давления 5 кгс/см.оПри температуре окружающей среды25 С для получения высокой диспергации,бентонита в растворе было произведено 10 циклов,.побле чего в раствор добавлялось 275 г хризотилового асбеста7 сорта (117 от веса расчетного количества портландцемента) и вся, суспензия перемешивалась лабораторной лопастной мешалкой до однородного состояния, после чего добавлялось 10.г декстрина(0,47 от веса расчтного количествапортландцемента) и на суспензии затворялось 2215 г портландцемента Кувасай.ского цементного комбината МЕСМ УЗССР.Водосодержание приготовленного тампонажного раствора составляло 803, арастекаемость.на конусе АзНИИ 20 5 см.УПлотность таого раствора по ариометру 1,52 г/см Стабильность раствора 0,01 г/см при водоотстое 1 Х.Испытания, проводившиеся в концистометре КЦсистемы ВНИИКАнефтегаза,при 120 С (давление 600 кгс/см), 3 113показали, что время загустевания раствора составило 3 ч 20 мин.Механическая прочность определялась на приборе МИИи гидравлическом прессе НГ. В двухсуточномвозрасте механическая прочность наизгиб и сжатие составила соответственно 31 и Й кгс/см.П р и м е р 3. К 2000 мл питьевойводы добавлялось 60 г бентонита(37-ный раствор) Махарадзевского месторождения (ГССР), затем диспергациюбентонита в растворе проводили в десятикамерном гидродинамическом активаторе типа ГДА, Рабочее давлениена входе 10 кгс/см, перепад давленияг5 кгс/см. При температуре окружающейсреды 25 С для получения высокой диспергации бентонита в растворе былопроизведено 10 циклов, после чегов раствор добавлялось 364 г хризоти".лового асбеста 7 сорта (207. от весарасчетного количества портландцемента) и вся суспензия перемешиваласьлабораторной лопастной мешалкой дооднородного состояния, после чегодобавлялось 11 г декстрина (0,67от веса расчетного количества портландцемента) и на суспензии затворялось 1820 г портландцемента Кувайскогш цементного комбината МПСМ УЗССР.30Водосодержание приготовленного тампонажного раствора составило 1107,а растекаемость его на конусе АзНИИ23,5 см. Плотность такого растворапо ариометру 1,40 г/см. Стабильность,З 5раствора 0,02 г/см при водоотстое2%еИспытания, проводившиеся в консистометре КЦсистемы ВНИИКАнефтегаза, при 140 С (добавление 700 кгс/см)4 ОО4 Опоказали, что время загустеванияраствора составило 4 ч 10 мин.Г Д 1Механическая прочность определялась на приборе МИИи гидравлическом прессе ПГ, В двухсуточном возрасте механическая прочность на изгиб и сжатие составиласоответственно 14 и. 38 кгс/см,П р и м е р 4. К 2150 мл питьевой 50воды добавлялось 80 г бентонита .(4 Ж-ный раствор Махарадзевскогоместорождения (ГССР), затем диспергащюю бентонита в растворе проводили в десятикамерном гидродинамическом активаторе типа ГДА"1. Рабочеедавление на входе 1 МПаперепаддавления 0,5 МПа. 7183 ЬПри температуре окражующей средыО25 С для получения высокой днспер-гации бентонита в растворе было произведено 12 циклов, после чего враствор добавлялось 61;8 г хризотилового асбеста 7 сорта марки "7-450"(27 от массы расчетного количествапортландцемента) и вся полученнаясуспензия перемешивалась лобараторной лопастной мешалкой до однородного состояния, после чего добавля"лось 9 г декстрина (0,37. от массырасчетного количества портландцемента) и йа полученной суспензии затворялось 2866 г портландцемента Кувасайского цементного комбинатаМПСМ УЗССР. Водосодержание приготовленного тампонажного раствора сос-.тавляло 75%, а растекаемость егона конусе АзНИИ 20 см. Плотность такого раствора по ариометру 1600 кг/м.Стабильность раствора 10 кгмприводоотстое 07.Испытания, проводившиеся в консистометре КЦсистемы ВНИИКАнефтегаза, при 120 С (давление 60 МПа),показали, что время загустеванияраствора составило 3 ч 10 мин,Механическая прочность определялась на приборе МИИ - 100 и гидравлическом прессе ПГ. В двухсуточном возрасте механическая прочностьна изгиб и сжатие соответственно составила 4,4 и 13,5 МПа.П р и м е р 5. К 2150 мл питьевойводы добавлялось 80. г бентонита(4%-ный раствор) Махарадзевскогоместорождения (ГССР), затем диспергацию бентонита в растворе проводилив десятикамерном гидродинамическомактиваторе типа ГДА, Рабочее давление на входе 1 МПа, перепад давления 0,5 Мпа.При температуре окружающей среды25 С для получения высокой диспергации бентонита в растворе было произведено 12 циклов, после чего.враствор добавлялось 249 г хризотилового асбеста 7 сорта марки "7-450"(117. от массы расчетного количества портландцемента) и вся полученнаясуспензия перемешивалась лобараторной лопастной мешалкой до однородного состояния, после чего добавлялось11 г декстрина (0,57. от массы расчетного количества портландцемента).и на полученной. суспензия затворялось2260 г портландцемента Кувасайскогоцементного комбината МПСМ УЗССР,1137183 7Водосодержание приготовленного тампонажного раствора составляло 957, а растекаемость на конусе АзНИИ 21 см.Плотность такго раствора по ари 5 ометру 1460 кг/м . Стабильность раствора 10 кг/м при водоотстое 0,5%.Испытания, проводившиеся в консистометре КЦсистемы ВНИИКАнефтегаза, при 130 С (давление 65 МПа), пооказали, что время загустевания раствора составило 3 ч 35 мин.Механическая прочность определялась на приборе МИИ 100 и гидравлическом прессе ПГ 100. В двухсуточном возрасте механическая прочность на изгиб и сжатие соответственно состав. ляла 2,85 и 5,5 МПа.П р и м е р 6. К 2 150 мл питьевой воды добавлялось 80 г бентонита20 (4%-ный раствор) Махарадзевского месторождения (ГССР), затем диспергацию бентонита в растворе проводили в десятикамерном гидродинамическом активаторе типа ГДА. Рабочее давле ние на входе 1 МПа, перепад давления 0,5 МПа.При температуре окражующей среоды 25 С для получения высокой диспергации бентонита в растворе было произведено 12 циклов, после чегоЗО в раствордобавлялось 344 г хризотилового асбеста 7 сорта марки "7-450" (207 от массы расчетного количества портландцемента) и вся приготовлен. ная суспензия перемешивалась лабораторной лопастной мешалкой до однородного состояния, после чего до бавлялось 11 г декстрина (0,6% от массы расчетного количества портланвцемента) и 3,5 г хромпика (0,2% от 40 массы расчетного количества портланд цемента), затем на полученной суспензия затворялось 120 г портландцемента Кувасайского цементного комбината МПСМ УЗССР,45 Водосодержание приготовленного тампонажного раствора составляло 125%, а растекаемость его на конусе АзНИИ 20 см.50Плотность такого растворапо арио- метру 1380 кг;м. Стабильность ,раст/вора 15 кг/м при водоотстое 1,5%.Испытания, проводившиеся в консистометре КЦсистемы ВНИИКАнефтеОгаза, при 150 С (давление 75 МПа), показали, что время загустевания раствора составило 3 ч 55 мин. 8Механическая прочность определялась на приборе МИИи,гидравлическом прессе ПГ. В двухсуточ"ном возрасте механическая проч-ность на изгиб и сжатие соответственно составила 1,15 и 2,9 МПа,В табл.2 приведены данные о приготволении тампонажного растворапредлагаемым способом и прототипом.Повышение концентрации бентонитас 2 до 4 мас.7 увеличивает водосодержаниетампонажного раствора и понижает его плотность. В этом отношениии бентонит, и хризотил-асбест обладают аддитивностью, т.е. действуют вжелаемом направлении, увеличивая во"допотребность и снижая плотность раствора.Поставленная цель хризотил-асбеста обусловлена его способностью ад. сорбировать бентонит и при затвердевании тампонажного раствора армировать образующийся камень, улучшая его вязкоупругие характеристики и повышая деформативность и трещиностойкость. При дальнейшем повышении содержания хризотил-асбеста(выше 207), равно как и повышениеконцентрации бентонита(выше 47)Фоприводило к резкому снижению прочностных показателей образующегосяпри твердении камня, так как дляобеспечения необходимой подвижности раствора требовалось повышатьводосодержание, в противном случаерастекаемость по конусу АзНИИ быламенее 18 см и не соответствовала ГОСТ 1581-.78 на тампонажный цемент. К тому же раствор быстро сгущался и прокачиваемость его ухудшалась,Таким образом, выбранные пределыдобавления хризотилового асбеста(2-20%) и концентрация бентофдовогораствора в расчете на среднее качество натриевого бентонита (2-4%) являются оптимальными.Разработанный способ приготовлениятампонажного дисперсно-армироваикогораствора позволяет подучить низкуюплотность раствора и высокие прочностные характеристики образующегося при твердении цементного камня;дает возможность упростить- технологию получения тампонажиого .растворас низкой плотность 36 повысить вводтампонажного раствора иэ сухой смеси, а также повысить качество тамнонажных работ и удлинить меаремонтный период скважины.