Способ приготовления тампонажных растворов

(23) Приоритет Опубликовано 15,05,82, Бюллетень РЙ 13 оо долам нзаоретений и открытийДата опубликования описания 15. 05,82 В.С.Данюшевский, К.А,Джаба А.А,Калядзин, П,П.Ткаченкои Н.Х,Каримов.(72) Авторы изобретения а Трудового Кри газовой пром1,И,Губкина асного. Зн Йшленност ни институт Моско нефте кии орде мической 71) Заявит(54) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ТАИПОНАЖНЫХРАСТВОРОВ луб зобретение относит ком бам пре ; ных пл к статком этого способа плохая суффозионная и яет у бурению, в частности к спосо-.обработки тампонажных растворов,дназначенных для кре ения нефтяи .газовых скважин.Известны способы химической об-., работки тампонажных растворов для крепления нефтяных и газовых скважин путем введения в жидкость затворения производственных .отходов. Способ заключается в том, что тампонажный раствор на основе портландцемента и воды с добавкой раство- ра хлористого кальция обрабатывают путем введения в воду нейтральносульфитного щелока, который берут в количестве 2-53 от веса сухого йортландцемента. Нейтрально-сульфитный щелок - отход варки целлюлозы, В состав органической части сухого остатка входят 20-263 лигносульфоната натрия и 10-12/ натриевых солей уксусной, муравьиной и щавелевой кислот. Минеральная часть состоит в основном из натрия и серы 11.Недостатком известного способа химической обработки тампонажных растворов является плохая суффози онная и седиментационная устойчи-, вость портландцементной суспенэии обработанной лигносульфонатами, о бенно при повышенном водоцементно отношении. Известен также способ химическо обработки тампонажных растворов на основе гранулированного доменного шлака. Тампонажный раствор, содержащий гранулированный доменный шл карбонатный наполнитель и воду, об рабатывают путем введения в воду содощелочного плава, который является отходом капролактамового производства. Его вводят в виде водного раствора 10-203 концентрации 1 21.Недо яв 3 9279ментационная устойчивость тампонаж-ного раствора при высоком водоцементном отношении; а также егобыстрое схватывание.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемому результату является способ приготовления растворов путем предварительного введенчя в жидкость затворениядобавки и последующего затворения 10на полученной дисперсии порощкообраэного тампонажного материала. Вданном способе в жидкость затворения( воду) предварительно вводят дистиллерную жидкость, которая явяяе;гся 15отходом содового производства, соДержащим, в основном, хлорид кальцияПриготовленный таким способом тампонажный раствор имеет повышеннуюпо сравнению с вышеуказанными там.понажными растворами суффозионнуюи седиментационную устойчивость,так как при затворении водои, со 5держащей дистиллерную жидкость, хлорид кальция, введенный в значительном количестве с дистиллерной жидкостью, вызывает усиленное диспергипование продуктов гидратации портландцемента, обеспечивая, тем самым,повышение суффозионной и седиментационной устойчивости 3,Однако степень диспергированияне настолько высока, чтобы можно было обеспечить седиментационную и суффоэионную устойчивость при повышенномводоцементном отношении или при недостаточно высокой дисперсности порошкообраэного тампонажного материала, Кроме того, приготовленныйтаким способом тампонажный материалимеет ускоренное схватывание, чтоограничивает область его применениянизкими температурами в скважинеЦелью изобретения является повышение седиментационной и суффоэионной устойчивости тампонажного раст- ффвора с одновременным замедлениемсроков его схватывания,Укаэанная цель достигается тем,что в качестве добавки в растворвводят отработанный расплав титановых хлораторов в количестве 50-500 гна 1 л жидкости эатворения.При приготовлении тампонажныхрастворов на жидкости затворения,в которую введено менее 50 г отрабо" Итанного расплава;титановых хлораторовне обеспечивается йовыщение суффозионной и седиментационной устойчивоеИ,КС 1, Т 102. 31 ьгС 1 3 О МВС 1 8 ф 6МС 1 С 12 А 1.03 1,4 ЕеС 13 0,5 ГеС 1 ЕЛО О, 051 ВсС 1. О, 025 ИпС 1 Ьсо 0,015 С 2,0ч О о,ооэПовышение суффозионной и седиментационной устойчивости происходит в результа ге образования в жидкой фазе гелеобразных гидроксидов магния, железа, марганца, хрома,Тонкая дисперсия гелия, образующаяся в поровой жидкости тампонажного раствора, создает коллоидныйраствор и придает пОдОВОЙ жидкостисвойства тонкоструктурированной дисперсии в частности, такая жидкость приобретает сдвиговую прочность, За счет этого твердые частицы порошкообразного тампонажного материала удерживаются во взвешенном состоянии даже при высоком во-досодержании тампонажного раствора, Наличие сдвиговой прочности у поровой жидкости препятствует возникновению фильтрационных каналов под действием перепада давления и суффоэионному каналообразованию в тампо-чажном растворе.Замедляющее действие на процесссхватывания оказывают ионы хрома, :марганца, а также плотная коллоидная пленка гидроксидов, образующаяся вокруг частиц тампонажного материала.Поэтому тампонажный раствор, вкоторый вводят добавку отработанного расплава титановых хлоратов, схвагывается медленнее обычного портландцементного растворд и способ может тампонажного раствора при повышенныхводоцементных отношениях,При приготовлении тампонажныхрастворов на жидкости затворения,в которую введено более 500 г отработанного расплаЬа титановых хлораторов, сильно замедляется схватываниеи твердение тампонажного раствора,а также недопустимо повышаются реологические показатели.Специфическое действие отработанного расплава титановых хлораторовобъясняется ихособым химическимсоставом,Средний химический состав Отработанного расплава титановых хлораторов Усть-Каменогорского титано-магние,вого комбината:927971 необходимо принять количество жид". кости затворения, равное приблизи- . тельно 0,5 от массы порошкообраэного гампонажного материала,Для пробного затворения берут (а 1 кг цементно-песчаной смеси 500 мл воды и размешивают в ней 25 г ртработанного расплава титановых хлораторов.На полученной дисперсии загворяют тампонажный раствор и опребыть применен без специальных замедлителей до 100 С,Способ приготовления тампонажныхрастворов осуществляется следующимобразом. 5В зависимости от условий цементи-рования скважины задаются плотностьютампонажного раствора По известнымформулам для конкретного тампонажного раствора находят водоцементное ,1 Оотношение, позволяющее обеспечить;требуемую плотность т.е. количествожидкости затворения на единицу массы,тампонажного материала, Затем опытным путем устанавливают максимальноеколичество отработанного расплаватитановых хлораторов,не влияющее отрицательно на другие свойства тампонажного раствора, Для этого в жидкость затворения вводят отработанный 20расплав титановых хлораторов в количестве соответствующем концентрации50-500 г отработанного расплава,ти"тановых хлораторов на 1 л жидкостизатворения. При этом часть веществаоТработанного расплава .титановых хло.раторов переходит в раствор,нерастворимый остатокобразует суспензию.На полученной дисперсной системеосуществляют пробное затворение тампонажного раствора с определеннымранее отношением жидкости затворенияк порошкообразному тампонажному материалу. Если прИ максимальной кон"центрации отработанного расплава ти- з 5тановых хлораторов получаются недопустимо высокие реологические показатели или недопустимо замедленное,схватывание, то уменьшают дозировкуотработанного расплава титановых хло.рраторов.Методом последовательного приближения находят дозировку отработанного расплава титановых хлораторов,. обеспечивающую соответствие свойствтампонажного раствора условиям применения по реологическим показателямили скорости схватыванияДля приведения в соответствиедругих свойств тампонажного раствораприменяют известные пластификаторыили ускорители схватывания,Установленное таким образом максимально возможное в данных конкретных условиях количество отрабо 55танного расплава титановых хлоратороввводят в предназначенный.для приготовления тампонажного раствора обьемжидкости эатворения, которую вплоть до применения интенсивно перемешив ют для предотвращения оседания не-. растворимого остатка,После этого приготавливают тампо" нажный раствор по известной технологии.П р и м е р 1. Требуется приготовить тампонажный раствор с седиментационной суффозионной устойчивостью при повышенном до 0,8 водоцементном отношении.Для пробного затворения на 1 кг портландцемента; берут 800 мм воды и размешивают в ней 400 г предвари- тельно измельченного отработанного расплава титановых хлораторов. На полученной дисперсии затворяют пробу тампонажного раствора и опре" деляют его технологически важные свойства.Полученный раствор имеет растекаемость Ор = б см. Готовят следующую пробу тампонажного раствора, для обработки которого берут 320 г отработанного расплава титановых хлора- торов на 800 мл воды. Растекаемость полученного тампонажного раствера 18 см, коэффициент водоотделения К - 0, Однако срок начала схватывания при 75 С - 8 ч 05 мин, что нежелао,тельно.С целью сокращения сроков схватывания применяют известный ускоритель, например, оксид кальция в количестве 50 г/53 к массе портландцемента. После дополнительной обработки ускорителем срок начала схва; тывания составляет 5 ч 00 мин, конец схватывания - бч 30 мин, что является достаточным при цементировании скважины в данном конкретном случае.П р и м е р 2. Требуется приготовить тампонажный раствор с плотностью 1,81 г/см 5 и предназначенный для це- . ментирования высокотемпературной скважины с температурой на забое 1 боС.Для получения заданной плотности15 20 25 30 о деляют важнейшие его технологическиесвойства. Растекаемость тампонажногораствора равна 22 см, коэффициентводоотделения 0,54, При 1 б 0 фС срокначала схватывания 1 ч 15 мин, конца схватывания - 2 ч.30 мин. При90 С 1 гемпература, соответствующаяверхнему интервалу цементирования)срок начала схватывания равен3 ч.00 мин, конца схватывания1 ч. 115 мий.Полученные свойства тампонажногораствора удовлетворяют условиям цементирования данной скважины,Л р и м е р 3. Требуется приго-товить тампонажный раствор с достаточной седиментационной и суффозионной устойчивостью при водоцементном отношении 1/11 для полученияиз стандартного тампонажного цементатампонажного раствора с плотностьюоколо,1,50 г/см) .Для приготовления пробы тампонаж-,ного раствора берут на 1 кг портландцемента 1000 мл воды и размешиваютв ней 700 г предварительно измельченного отработанного расплава,титановых хлораторов, На полученнойдисперсии затворяют тампонажныйраствор и определяют его важнейшиетехнологические свойства. Растекаемость тампонажного раствора .равна211 см, коэффициент водоотделения 1,9Данные параметры соответствуюттребованиям цементирования скважин,однако срок начала схватывания при90 С 12 ч Й 5 мин является чрезмернодлинным. Для ускорения схватываниявводят известный ускоритель схватывания - оксид кальция в количестве100 г/10 от массы портландцемента.После дополнительной обработкисрок начала схватывания 6 ч 115 минконца .схватывания - 9 ч 1,5 мин,что является достаточным при цементировании скважины в данном конкретном случае.В таблице приведены свойстватампонажных растворов. полученных1 по предлагаемому способу, по сравнению со свойствами тампонажногораствора по известному,Как следует. из таблицы, приготовлЕние путем тампонажных раствороваутем введения.в жидкость затворенияотработанного расплава титановых хлоратов позволяет получать тампонажЬе растворы с хорошей седиментационной устойчивостью, в том числе 5 1 О Э 5 40 45 50 55 при повышенном водоцементном о гношении и при введении грубодисперсного наполнителя, с замедленным схва-.тыванием и удовлетворительными проч"йостными свойствами образующегосяцементного камня,Применение известных способов приготовления тампонажных растворов свведением в состав жидкости затворения других производственных отходов ( например, дистиллерной жидкости) не обеспечивает получениятаких свойств тампонажных растворов,Выход за пределы указанного вспособе количества вводимого в жидкость затворения отработанного расплава титановых хлоратов не позволяетдостигнуть поставленной цели илине обеспечивает сохранения других технологических свойств тампонажного раствора в необходимых пределах,Отсутствие ускоряющего и сильногозагружающего действия позволяет ввести в тампонажный раствор значительноеколичество отработанного расплаватитановых хлораторов, что дает возможность утилизировать этот отходв больших количествах и таким образом существенно способствовать охра"не окоужающей среды.Отработанный расплав титановыхклораторов хорошо растворяетсяв воде и поэтому его .хранение наповерхности представляет значительфные трудности, Введение этих отходовв больших количествах в состав тампонажных растворов, закачиваемыхв недра земли при цементированиискважин, сооружении траншейных стенок и т. и, обеспечивает надежную консервацию данного промышленного отхода.Положительным фактором являетсяпереход значительной части веществаотхода в нерастворимое состояние приреакциисо щелочными компонентамитампонажного раствора. Это, а такженизкая Фильтрующая способность образующегося цементного камня предотвращает проникновение ингредиентовотхода в окружающую среду,Предлагаемый способ позволяе гобеспечить хорошие технологическиесвойства тампонажного раствора за"чет того, что образование значительного количества геля в жидкойтФазе происходит на более позднейстадии твердения, после окончанияпроцесса цементиравания,вч ьф СФ 1 3 вьа а О ОФ еС сч О О 1 1 1 1Ф 43е Ое ещ ЭЮ 3 Х О О Ф) О 91 Мф оОХИо хф Ы 3,о 9 У о1 1 3,1 1 Оф о 1ф сС 3Х 3 Хэ о1 В 1 ф ХО-31 У Х19 ОО О О. О О ОО а а еСВ Ю О О Х,33Ф х ох Хв Э о ха ф х,о й э О О а .э. 3 1 ф 3 Х 3 х Х.333 С 3 Х й 2 Х Х ою Х х о а3 1 1Ф 1 Э 1 Е 1 Х3Ю 1 13 а О О О О ве 01ОЪ О 1 О 1СО СОО 1 а а а еС еО еС а а а927 Составитель А,БалуеваРедактор Н.Горват Техред И. Рейвес Корректор И, Иуска Заказ 3194/42 Тираж 624 Подписное ВНИИЛИ,Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, МоскваНРаушская наб д, 4/5филиал ППП нПатент"г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Способ приготовления тампонажных растворов путем предварительного введения в жидкость затворения добав ки и последующего затворения на полученной дисперсии порошкообразного тампонажного материала, о т л и ч аю щ и й с я, тем, что, с целью повышения седиментационной. и суффозион",1 ф ной устойчивости с одновременным за- медлением сроков схватывания, в качестве добавки в, раствор вводят отработанный расплав титановых хлораторов 971 12в количестве 50-500 г на 1 л жидкости затворения,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРй 404932, кл. Е 21 В 33/138 1973.2, Авторское свидетельство СССРИ 446480 кл, С 04 В 7/20 1974,3. Хангильдин С.Н, Комплексныеисследования тампонажных цементови растворов для цементировочных работв нефтяных и газовых скважинах, Диссертация. Уфа, 1964, с. 113-115