Тампонажный раствор пониженной плотности для крепления высокотемпературных нефтяных и газовых скважин

О П И С А Н И Е (и 903560ИЗОБРЕТЕН Ия Согоз СоветскихСоциалистическихРеспублик ВТОРСХОМУ СВИДЕТт ЛЬСТВУ 61) Дополнительное к авт. с вид-в 22)Заявлено 11.1079 (21)284(23) Приоритет Ввудвретваеы ккн СССР ав делан кзабавтвккй к отхрыткйОпубликовано 07. 02. 82, БюДата опубликования описан ень 1 тх 5 07.02.82 2.2 42088.8)мЬ неднеазиатский государственный нау проектный институт нефтяной промы Среднеазиатский научно-исследоватприродного газа доп.гн чэПнрщвВФ%и.Щленн льск 1) заявител ОНАЖНЫЙ РАСТВОР ПОНИЖЕННОЙ ПЛОТНОСТИ КРЕПЛЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ НЕФТЯНИ ГАЗОВЫХ СКВАЖИН 54 к креплейию ин, а именно цементного го промышионно активки - стабили тывания и х работ высо Изнефтяк сосраствленноногозатортверд гкие шалаки ргелистые по обретение относитс ых и газовых сква авам облегченного ра на основе легк о шлака, гидратац аполнителя и доба и ускорителя схв ния для тампонажн ы 5-4058-65ако такой состав.не позть тампонажный растворменее 1,5 г/смЦелью изобретения являетсяе плотности тампонажного раУказанная цель достигаетсяо в качестве вяжущего тампоствор содержит феррохромовыв качестве добавки - керамзль и алюминат натрия приотноешнии компонентов, ве. Феррохромовыйшлак 100Керамзитоваяпыль 14-31Алюминат натрия ,9Вода 7Достига т2-1, 44ьность т род Вод Одн получи ностью ляе лотниж н вора пературных скважи вестны облегченны вы на основе цеме добавок, использ ния пластов 13,оте ем,иныйшлаковуюующем е гф тампона а, иапо мые для состлей те сле с.ч лизким к изобретению и тся тампонажный раст" й плотности для высоых скважин 2, содертве основы вяжущее- а в качестве, облегчаюмаргелистые породы с 5 Ф карбонатов, при сле ошении компонентов,Наиболеесоставу являвор пониженнкотемпературжащий в качелегкие шлакищей догавкисодержаниемдующем соотнвес.ч.: 1 5-2 15-19 ность р высокая его пр астворатермостаименять при емая пло г/см , а позволяе 1,2 бил903560 3120-150 фС и выше. Низкая плотность такого раствора достигается эа счет низких плотностей самого основного вяжущего вещества -. феррохромового шлака (2,70 г/см ) и гидратаци-1онного активного наполнителя - керам" зитовой пыли (2,50 г/см ). Высокая водопотребность смеси обуславливается большой загущающей способностью алюмината натрия (ХаА 10.), а также большим расходом воды на смачивание высокодисперсной твердой фазы. Последнее вызвано тем, что феррохромовый шлак и керамзитовая пыль находятся в тонкодисперсном состоянии, и их удельная поверхность доходит до 6000 см /г. феррохромо", вый шлак представляет собой. тонкодисперсную шлаковую пыль, образующуюся в результате расклинивающегося 20 действия двухкальциевого силиката в -форме при силикатном распаде, например самораспавшийся шлак от производства рафинированного флюсового феррохрома. Такой шлак состоит ф 5 почти на 100 иэ кристаллической фазы характеризующейся наибольшим содержа-. нием -СЯ 60"70, 10-20 в шлаке составляют шпинели, алюминаты кальция и магния, 5-15 - двухкальциевый 30 силикат в ь-форме, остальное мервенит, рудное вещество и Ю-фаза около 10.По химическому составу основные металлургические шлаки с модулем ос- З 5 новности Ь4 более 1,5 характеризуются наибольшйм количеством окиси кальция (40- 553). Содержание кремнезема в таких шлаках 20/553. На долю глинозема при ходится 5-153 и окись магния до 106феррохромовый шлак является отвальным закристаллизованным распавшимся шлаком черной металлургии, Керамзитовая пыль является отходом производства легкого вспученного заполнителя для бетона - керамэита. 5 Химический состав ее характеризуется следующими данными, : ЯИ 40-60; АБО 15-10, СаО 10-20; ППП 1.0-15;Р 1 0 2-4;МдО 2-5; ЯО 1-3; К О+ Ма 0 2"5. 5 Такая пыль гидратационно активнаи при высокой температуре за счет присутствия кальция и магния, а так= же алюмосиликатного стекла проявляет вяжущие свойства и может самостоятельно твердеть.Алюминат натрия представляет собой соль слабой кислоты (НА 10 д) и сильного основания. Он является продуктом химической промышленности, а также побочным продуктом ряда производств, например в пищевой промышлен.ности. Кроме этого, алюминат натрия может быть получен химическим путем нагреванием в водной среде до 70 С гидроокиси алюминия и каустичесокой соды при избытке последней. После нагревания до 70 С реакция протекает экзотермически с повышением температуры до 115 С. В результате образуется светло-желтая жидкость с плотностью 1,22- 1,42 г/смимеющая рН около 13. Наилучшие результаты по стабильности приготовленного продукта алюмината натрия получаются при соотношении каустической соды и гидроокиси алюминия (каустический моИРОИдуль ), равном 0,8, В этомА 1 (ОН)вслучае после 15-20-минутного кипения при 113 С получается 403-ный раствор алюмината натрия (ХаА 10) с плотностью 1,415 г/смз.Реакция идет по уравнению2 А 1(ОН)з +2 ИаОН = 2 МаА 102+4 Н 10П р и м е р 1. Берут 100 г феррохромового шлака, 14 г керамэитовой пыли и 1,5 г алюмината натрия. При затворении смеси водой с учетом воды, вносимой раствором алюмината натрия с концентрацией 403, общее количество воды составляет 151 мл, а общее водосодержание смеси 128, При этом растекаемость раствора на стандартном конусе АзНИИ 20 см, а плотность его 1,37 г/см . Сроки схватывания раст.вора при 140 С характеризуются следующими данными: начало - 2 ч, конец ч. Образующийся при твердении ка 4 мень имеет механическую прочность после твердения при 140 С в течение суток на изгиб 10 кгс/см , на сжатие 28 кгс/смф.П р и м е р 2. Берут 100 г феррохромового шлака, 31 г керамзитовой пыли и 2,9 г алюмината натрия. При затворении смеси водой с учетом воды, вносимой раствором алюмината натрия с концентрацией 404, общее количество воды составляет 197 мл, а об9035щее водосодержание смеси 150, При этом растекаемость раствора на стандартном конусе АзНИИ 19 см, а плотность его 1,28 г/см. Сроки схватыва. ния раствора при 120 С характеризуют ся следующими данными: начало - 2 ч30 мин, конец - 3 ч. Образующийся при твердении камень имеет механическую прочность после твердения при 120 С в течение суток на изгибО 6 кгс/смэ, на сжатие 20 кгс/см2П р и и е р 3. Берут 100 г Феррохромового, шлака, 22,5 г керамзитовой пыли и 2,2 г алюмината натрия. При затворении смеси водой с учетом воды, 1 вносимой раствором алюмината натрия с концентрацией ЬОФ, общее количество воды 15 г, а Общее водосодержание 1 Ць.При этом растекаемость раствора на стандартном конусе 4 эНИИ 20 22 см, а плотность его 1,33 г/см.о Сроки схватывания раствора при 130 С характеризуются следующими данными: начало - 2 ч, конец - 2 ч 15 мин.10 бразующийся при твердении камень ээ имеет механическую прочность после твердения при 130 С в течение суток, на изгиб 8 кгс/см , на сжатие 25 кгс/смэ. 30Использование данного тампонажного раствора обеспечивает по сравнению с известными достижение более низ 60 Ькой плотности (1,22- 1,И г/смв); сравнительно высокую механическую прочность образующегося цементного камня при низкой плотности последнего, возможность повышения качества тампонажных работ в нефтяных и газо" вых скважинах, имеющих аномально низ" кие пластовые давления и там, где очень велика возможность гидрораэрыва пласта, дешевизну тампонажного материала, которая предопределяется тем обстоятельством, что два компонента являются промышленными отходами.В табл. 1 и 2 представлены дан-. ные результатов испытания предлагаемого тампонажного раствора и известного облегченного тампонажного цемента.Эти данные показывают, что данный тампонажный раствор обеспечивает получение гораздо более низкой плот" ности при сохранении необходимых для прокачивания сроков охватывания при высокой температуре и приемлемой механической прочности образующегося уже через 2 М ч цементного камня.Таким образом, применение пред" ложенного тампонажного раствора обеспечивает получение более низкой плотности по сравнению с известным с одновременным повышением эффективности изоляционных работ в скважинах с аномально низкими пластовыми давлениями.й Х УФ з 3) 33 з 1 Щ й )С О Х х о а 1 3 1 1 1 1 31111 1.1 1 СОФ СО СОф о о о о о м 1 1а а м о о о о ел о1 3т м сч СО СЧ В сО чО а О о О. О л л МЪФ ОЪЭй й в вЮ л 1 О о ОВ Ф ФЧф ЮОО, О о о о м м о 1 1 1 3 ЧСЧ сф СЧ Ч С) М% М 3 О 331 м в о в мчСЧФ Ч а о о о о л ф в л ф о, о оВ СЧ.ф 3 Ч903560 10 ащФ1Ю 1 СЧ а о о СЧ СфЪ ей1 СЧ сО елЮ 1 л 43 -ФСЧ СЧ СЧ ССЪ(СЧУСЧ Ю1 3 Л СЧ Ю Л Ф а о о о со СЧ о Сф 1 ЮЮ ССЪ ССЪ -Й В СЧ СЧЭ ССЪ 1 л ( 4 ъО СЧ СЧ вСЧ У е т12феррохромовый шлакКерамзитовая пыльАлюминат натрияВода 903560 10014-311,5-2,9151-197Составитель В.Никулин Редактор М.Дылын Техред А. Бабинец Корректор С,цом 3Е Еатеэ ЕВЕЕ Е Заказ 65/15 Тираж 623 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва,Ж, Раушская наб.,д.4/5филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул,. Проектная, 4 11формула изобретенияТампонажный раствор пониженной плотности для крепления высокотемпературных нефтяных и газовых скважин, содержащий в качестве основы вяжущее, добавки и воду, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с селью снижения плотности тампонажного раствора, он содержит в качестве вяжущего феррохрсмовый шлак, а в качестве добавок - ке щ рамзитовую пыль и алюминат натрия при следующем соотношении компонентов, вес,ч: Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Данюшевский В.С. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам.М., "Недра", 1973 с. 15-20.2. Авторское свидетельство СССР И 632826, кл. Е 21 В 33/138, 1971 . (прототип).