Тампонажный раствор

(5)5 Е 21 В 33/138, 43 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР Е ИЗОБРЕТИДЕТЕЛЬСТВУ СА И КОМУ А елочного металла (натрия или калия), пирт и воду.Однако применение его возможно олько для изоляции вод высокопроицаемых пластов без .крепления ризабойной зоны скважины; мгновенное хватывания состава при встрече с минераизованной водой; получаемая в пласте гелебразная масса выдерживает лишь еэначительные нагрузкиИ" вестно также, что водный раствор сииката натрия обладает высокой водоизолиующей способностью, но не может креплять рыхлые породы нефтеносных ластов.Наиболее близким к предлагаемому явяется состав для крепления зоны скважин, ключающий кварцевый песок, тампонажый портландцемент, силикат натрия,и во- У Изобретение относится к добыче нефти щ и газа и может быть использовано для одно- с временного крепления и водоизоляции пород приэабойной зоны скважины. тВ результате применения известных со- н ставов удается либо укрепить горную поро- и ду, либо произвести водоизоляцию собводненных пропластков,лИзвестен состав для. крепления не- о устойчивых пород, включающий силикат н щелочного металла, например силикат натрия, ПАВ, например ОП - 10, и воду.лНедостатками известного состава явля- . р ются низкая прочность образующегося со- у става и невозможность водоиэоляции, иЭкспериментальные исследования даютзначения прочности не более 0,03 МПа, что лнеприемлемо для условий зксплуатацион- вн жин. нстен состав для изоляции водонос- дн нефтяных пластов, содержащий вод оримый полимер, сил икат н Недостатком прототипа является еоницаемость для нефти.(22) 12.06.89 (57) Изобретение относится к добыче нефти (46) 15.04.92. Бюл. (ч и газа. Цель - получение камня, непроница- (71) Научно-исследовательский и проектный емого для жестких пластовых вод и прони- институт по освоению месторождений неф- цаемыхдля нефти. Тампонажный раствор содерти и газа Типроморнефтегаз"- .житследующиекомпоненты приихсоотношении, (72) А. Б. Сулейманов, К. К. Мамедов, А, М. масф: тампонажный цемент 10-21; кварцевый Ширинов, Ф. А, Меликбеков, 3. Т. Гасанов и песок 15 - 35;силикатнатрия 8-12;водаостальное, Н, Б. Нуриев Жесткость воды составляет 0,05-5,0 мг-зкв/дмз; (53) 622.245.42(088,8) крупность песка 0,5-0,9 мм, Сухую смесь песка (56)Авторскоесвидетельство СССР и цемента затворяют водным раствором М 1091616, кл. Е 21 В 33/138, 1982, силиката натрия. Проницаемость цементногоБулатов А. И, Данюшевский В. С. Там- камня при твердении в жесткой пластовой воде понажные материалы. М.: Недра, 1987, с. составляет 10-30:10 мкм, а при твердении вЦель изобретения - получение камня, непроницаемого для жестких пластовых вод и проницаемого для нефти.Поставленная цель достигается тем, что в известном составе для крепления, включающем тампонажный портландцемент, кварцевый песок, силикат натрия и воду, компоненты. взяты в следующем соотношении. мас.:Тампонажный цемент 10 - 21 Кварцевый песок 15 - 35 Силикат натрия 8 - 12 Вода Остальное, причем жесткость воды составляет 0,05-5,0 мг-экв/дм, а кварцевый песок имеет размер зерен 0,5 - 0,9 мм.Использование предлагаемого состава позволит проводить при креплении неустойчивых пород одновременно и изоляцию пластовых вод и получить прочный камень; проницаемый для нефти.За счет этого значительно сокращаются материальные затраты и время простоя скважин,Предлагаемый состав для крепления отличается от известного тем, что, во-первых, компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%,Тэмпонажный портландцемент 10 - 21Кварцевый песок 15 - 35 Силикат натрия 8 - 12 Вода Остальное во-вторых, в отличие от прототипа, песок взят с зернами размером 0,5 - 0,9 мм, а концентрация водного раствора силиката натрия, используемого для затворения, составляет 10,7-27,3 мас.%.Далее, жесткость возды в составе составляет 0,05 - 5,0 мг-экв/дм .Анализ известных составов для крепления пород показывает, что состав обладает по сравнению с известным повышенной прочностью образующегося камня, во-первых. и проницаем для нефти, во-вторых. Известно использовайие портландцемента и кварцевого песка в силикатных составах, но в данном составе применяется измельченный песок и вода, позволяющие получить непроницаемый цементный камень. В предлагаемом же составе применен песок с зернистостью 0,5 - 0,9 мм и вода с жесткостью 0,05 - 5,0 мг-экв/дм, что позволяет получитьзпрочный и в то же время проницаемый для нефти камень,Известно также, что растворы силиката натрия обладают водоизолирующей способностью в пластовых условиях, Концентрация водного раствора силиката натрия здесь составляет 1,6 - 10, в то время, кэк в предлагаемом составе онэ составляет 10,7-27,3 7 к в воде с жесткостью 0170-0,0 мг-экв/дмТакая вода позволяет предотвратить об разование в растворе осажденных катионовмагния и кальция и позволяет сохранить силикат натрия в качестве активного реагента для последующего взаимодействия с пластовой водой, содержащей эти катионы. При 10 этом взаимодействии происходит образование нерастворимого осадка, забивающего поры водоносного пропласткэ, т.е. создается эффект, водоизоляции, Контакт же сипи- ката натрия с нефтью не вызывает 15 изменений в его состоянии. Поэтому образующийся камень сохраняет в зоне нефтяного пропластка свою проницаемость,Для экспериментальной проверкипредлагаемого состава были изготовлены 20 образцы цилиндрической формы из кварце.вого песка по ГОСТ 6139 - 78 с зернами округлой формы размером 0,5 - 0,9 мм, тэмпонажного портландцемента по ГОСТ 1581-85, силиката натрия по ГОСТ 13079 - 81 25 и пресной воды по ГОСТ 4979-49 с жесткостью 0,05 - 5,0 мг-экв/дм, Режим твердения3экспериментальных образцов был приближен к условиям скважины, исключающим потерю жесткости затворения в каждом 30 опыте. Три образца одного состава твердели в камере со 100 %-ной относительной влажностью воздуха, погруженные в минерэлизованную воду, три других образна того же состава твердели в камере, погруженные 35 в нефть.При твердении камня расход жидкостизатворения на гидратацию цемента компенсируется за счет поступления в камень окружающей воды. Таким образом, 40 моделируется ситуация в скважине. В процессе дальнейшей гидратэции поступающая в поры песчано-цементного камня пластовая (минерализованная) вода вступает в контакт с раствором силиката натрия - 45 жидкостью зэтворения, в результате чеговыпадает нерастворимый осадок, снижающий пористость. При избытке силиката натрия в жидкости затворения он вступает в контакт с минерализованной водой на поверхности камня, покрывая его непроница емой оболочкой.При твердении камня в.нефти реакциимежду силикатом натрия и нефтью не происходит, в результате чего пористость камня не снижается.55Анализ общей жесткости произведен всоответствии сГОСТ 4151-72. Вода питьевая, Метод определения общей жесткостисм, табл. 1).Определение проницаемости производили на установке по ОСТ 39-051-77. Результаты испытаний приведены в табл. 2. Как известно, чем больше угловатостьзерен, тем плотнее будет уложен песок итем хуже будет проницаемость камня. Необходимую проницаемость можно получитьпри использовании кварцевого песка с зернами округлой формы, так как при этом получается максимальное пространство междуними. Это расстояние должно быть соизмеримо с размерами частиц цемента, так какпри частичном вымывании цемента разрушается скелет песчано-цементного камня содной стороны, а с другой размеры зерендолжны быть такие, чтобы обеспечить свободное течение жидкостей.Известно также, что поровые каналыбывают сверхкапиллярные (свыше 0,5 мм),капиллярные (от 0,5 мм до 0,2 мм) и субкапиллярные (менее 0,2 мм). Свободное течение возможно лишь в сверхкапиллярных икапиллярных каналах, Таким образом,фракционный состав песка выбирается в зависимости от тонкости помола цемента иобеспечения свободного течения жидкости.Для этого пользуются известной методикойпроектирования гравийного фильтра.По кривой гранулометрического состава цемента (чертеж, кривая 1) находят коэффициент неоднородности для цемента С 1С - д 60 0 065 1 4д 10 0,045где дбо, д 1 о - соответственно размеры отверстий сит, через которые проходит 60 и 10массы частиц, мм,Тогда базовый диаметр частиц песка дбс С 1=1,4 будет де=два. Расчетный оптимальный диаметр зерен гравиядопт=бд 9 о=б 0,103=0.618 мм,Для соблюдения условия С с 1,5 составпеска должен быть выбран так, чтобы 60зерен его проходило через сито с отверстиямид 60=1,250,618=0,772 мм,а 10 о - через сито с отверстиямид 1 о = - 0,618 = 0,515 мм,Я6Наносят значения д 1 о и д 60 на чертеж ипроводят прямую до пресечения с осями(прямая 2). В точках пересечения прямыхнаходят значения до=0,5 мм и д 1 оо=0.9 ммт.е, размер зерен песка должен находитьсяв интервале 0,5 - 0,9 мм,Результаты экспериментальной проверки приведены в табл. 3.Изобретение осуществляют следующим образом.Сухую смесь песка и цемента на у тье скважины затворяют на водном растворе силиката натрия. После затворения тампонажного состава силикат натрия перед по- падением в пласт участвует только в начавшейся реакции гидратации цемента,Состав закачивается в скважину и задавливается в пласт известными способами. После попадания в пласт в нефтеносных пропластках реакция гидратации продолжается вплоть до полного твердения песчано- цементного камня; Контакт силиката натрия с нефтью не вызывает никаких изменений в его состоянии, Поэтому песчано-цементный камень сохраняет в зоне нефтяного пропла 5 10 15 щими примерами конкретных составов и их свойствами в сравнении и известными 55(табл. 4. 5). Экономический эффект от внедрения предлагаемого изобретения создается за счет сокращения одной из технологических стка свою проницаемость,В части же тампонажного состава, находящейся в зоне водоносного пропластка,равновесие в водном растворе силиката на 20 трия нарушается за счет контакта с водой сактивными катионами кальция и магния,Жесткость пластовой воды обычно не менее7-10 мг-экв/дм, хотя доходит и до 500 мгзэкв/дм и более (рН.=6-8), тогда как мягкая325 вода имеет жесткость 0,05-0,15 мг-экв/дмз(рН=8,5-10,5), что вызывает гидролизациюпластовой воды по катиону, нарушение равновесного состояния и образование нерастворимого осадка, .забивающего поры30 водоносного пропластка. Так. например,при жесткости пластовой воды 7 - 10 мгэкв/дм (рН=7,5-8.5-месторождение Сангазчалы-Дуванный-море), сухой осадоксоставляет 20-30 г/дм, размер частиц оказ35 ло 100 мк, плотность 1100 - 1200 кг/м Учитывая неограниченную растворимостьсиликата натрия в воде, этот раствор способен проникать по порам в породу на значительную глубину, повышая эффект40 водоизоляции, Эффективность реакции растет при высокой общей минерализации пластовой воды за счет адсорбции частицостальных солей. содержащихся в воде.Образующийся нерастворимый тонко 45 дисперсный силикатный осадок изолируетводоносные каналы пласта. действуя как цементирующее вещество, и скрепляет рыхлые породы.В нефтеносных же каналах подобной50 реакции не происходит и нефть свободнопротекает через проницаемый для нее участок песчано-цементного камня.Изобретение иллюстрируется следую1726731 операций, проводившихся прежде, а именно изоляции водопритоков.Ф о рмул а изо 6 рете н и я Тампонажный раствор, включающий тампонажный портлаидцемент, кварцевый песок,силикатнатрияиводу,отлича ющий с я тем, что, с целью получения камня, непроницаемого для жестких пласювых вод и.проницаемого для нефти, он содержит компоненты в. следующем соотношении, мас. ф:Тампонажный портландцемент 10 - 21 Кварцевый песок 15-35 5 Силикат натрия 8 - 12Вода Остальное,причем жесткость воды составляет 0,05-5.0 мг-зкв/дм, а кварцевый песок имеет размер зерен 0,5-0,9 мм.10 Табл ица 1 Оса яжесткостьводы эа"творения,мс экв/дмэ Компоненты, мас.т Опыты Проницаемость, 1 О з мима Прочность при сжатии; МПа Кварцевый пеТампонакный Силикатнатрия Вода При твердении внеф 1 т При твердении вводе сок цемент1726731 10 Таблица 2 Компоненты, мас.Ф Про чност ьпри сжатии, ИПа: Проницаемость10 з мкм 2 Опыте е г аай Преснаявода Силикатнатрия Тампо- нажный Кварцевый пеПри твер"денни в:воде Ври тведении внефти сок цемент 6,0 7,0 7,5 8,0 8,0 8,5 9,0 9 5 10,0 10,5 11,0 12,0 9,0 8,0 1 О,О 10,0 12,5 10,0 13,0 Т а б л и ц а 3. г еее ) Проницаемость)ПрочностьКомпоненты, мас,Ф Серии опыта Диаметрзеренпеска,мм ц змкмз при сжатии, ИПа Кварцевый пеТампоПресная водаСиликатнатрия нажный цемент при твердении вводе при твердении в нефти сок ееее е е25,0. 1),О 1 О,ОЬ,О 2,а У,О5,О1,О 8,О20,0 Ь,О 11,012,0 2,0 8,0Ь,ОО,О Е,О20,0 2,0 9)О20 О 22,0 8,0ЗЬ,О 22,0 10,О