Тампонажный состав

8011384 СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 4(51 Е 21 В 33(138 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОРСИОЬМУ С щлакопесчаный пе добавки, о т л и тем, что, с цель жения плотности раствора при сох ти и прочности о ного камня, он в щнх добавок содер асбеста и отходы того, состав допо белую патоку, хро при следующем тов, мас.Х:Шпакопесчаный цемент Отходы хризотил-асбеста Отходы полиэти ленаБелая патока соо 34-75,8-1815-230,09-0,95 0,03-0,40 0,24-0,54 Хромпи Сульфо ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И О НР(72) Е.П.Катенев, А.А.Остапенко, Т.Н.Алексеенко и А.И.Бриицев (71) Филиал Северо-Кавказского государственного научно-исследовательского и проектного института нефтяной промышенности(56) 1. Авторское свидетельство СССР В 773251, кл. Е 21 В 33(138, 1979.2, Булатов А.И. Управление физикомеханцческими свойствами тампонажных систем. Н., "Недра", 1976, с.164,3. Авторское свидетельство СССР У 610978, кл. Е 2 В 33(138, 1977 (прототип).(54) (57) ТАИПОНАЖНЫИ СОСТАВ для цементирования высокотемпературных неф.тяных и газовых скважин, содержащий мент и облегчающие ч а ю щ и й с я ю максимального сниполучаемого .из него ранении термостойкос бразующегося,цемент качестве облегчаюжит отходы хризотил полиэтилена, кроме лнительно содержит мпик и сульфонол тношении компонен 1138481Изобретение относится к нефтепромысловому делу, в частности к строительству нефтяных и газовых окна;кин,и может быть использовано при,креп-.лении нысокотемиературных .скважин в.осложненных условиях при наличийпоглощакипих горизонтов.Известен тампонажный состав, содержащий, мас.7: портландцемент 96,599,5 хризотил-асбест 0,3-2,5 ф дек- Острин 0,2-1,0 ГЛ.Однако этот соСтав применим только при 90-160 С и излишне тяжел ( у=о"1,65 г/см), что затрудняет егоиспользование в поглощающих горизон"тах с низким пластовым давлением.Известны полиолефин-цементныекомпозиции на основе шлакопортландцемента (ШПЦС) и полиэтилена 123.Известные композиции применимы 20до 160 С и, хотя имеют незначительную плотность (1.25 г/см) и прочность камня, удовлетворяющую требованиям ТУ, промышленного внедрения ненашли, так как являются седиментационно неустойчивыми. При их затворенииполиэтилен всплывает на поверхностьи раствор невозможно перемешать дооднородного состояния,Известен тампонажный раствор, со" З 0держащий, мас.Х: вяжущее 60-90; шлифовальная пыль 10-4 О.В качестве вяжущего могут быть взяты шлакопесчаныесмеси ШПЦСи ШПЦС. Зтот тампонажный раствор применим в условияхтемператур до 390 С,31.Однако известный тампонажный раствор излишне тяжел". При содержаниив тампонажной смеси 607 ШПЦСи403 шлифовальной пыли и добавлении к 40нему 807 воды получают раствор плотностью 1,48 г/см. Применение такогораствора может привести к гидроразрыву пластов, поглощению раствора и не"подъему его до проектных отметок.- 45Цель изобретения - максимальное снижение плотности получаемого иэ него раствора при сохранении термостойкости и прочности образующегося цемент 50 ного камня.Цель достигается тем, что тампонажный состав, содержащий шлакопес" чаный цемент и облегчающие добавки, содержит в качестве облегчающих добавок отходы хризотил-асбеста и отходы полиэтилена, кроме того, состав дополнительно содержит белую патоку, 58,34-75,4 1 цементОтходы хризотил-асбеста 8-18Отходы полиэтилена 15-23Белая патока 0,09-0,95Хромпик 0,03-0,4 .Сульфонол 0,24-0,54Для состава берут шлако-песчаный цемент по ОСТУ 39-017-80. Отходы хризотил-асбеста коротковолокнистого марки К-30 по ГОСТУ 12871-80 имеют следующий химический состав, мас,Е: 80 р 35-42; М 80 35-39; А 105 1,0-1,5; Ре 0 и до 5, 5; СаО 1,3-2, 1; ЯО, О, 2- 0,25; п.п.п. 13-15. По гранулометрическому составу отходы хризотил-асбеста камерного сорта характеризуются содержанием продукта преимущественно крупности менее 1,35 мм, в том числе менее 0,22 мм в количестве 13- 25Объемный вес составляет 220- 320 г/л, удельная поверхность 10,5:ф ЧО см 2 /г. Отходы полиэтилена низкого давления марки 270-76, получаемого газофазным методом по ТУ 6-05- -180-79, имеют плотность 0,95- 096 г/см и т.пл. 140 С.Белая патока является отходом производства крахмалопаточной промьппленности и представляет собой второй оттек, получаемый при промывке кристаллов глюкозы после ее центрифугирования. По внешнему виду белая патока - жидкость светло-коричневого цвета со специфическим запахом, хорошо растворяется в воде, не токсична, не взрывоопасна. Плотность 1,2- 1,21 г/см, доброкачественность 87- 96 , содержание сухих веществ 457 По химическому составу белая патока является смесью продуктов гидролиза крахмала, содержит в своем составе глюкозу, олигосахариды и декстрины. Стоимость 1 т белой патоки 125 руб. Хромпик выпускается согласно ГОСТУ 4220-65. Благодаря сочетанию шлакопесчаного цемента с отходами хризотил-асбеста и полиэтилена до-. биться плотности тампонажной, смеси в пределах 1,22-1,35 г/см,Белая патока в сочетании с хром- пиком является эффективным замедлителем схватывания и повьшаст термостойкость тампонажного состава, Нахромпнк и сульфонол при следующем сб- отношении компонентов, мас.7:Шпакопесчаный3 , 1 138 личие отходов хризотил-асбеста спо- собствует лучшему структурированию системы,.повьппает седиментационную устойчивость и предотвращает всплывание отходов полиэтилена на поверх ность раствора, что имеет место в по" лиолефин-цементных композициях.Отходы полиэтилена позволяют при сравнительно небольшом водоцементном отношении максимально снизить плот ность тампонажной смеси, сохраняя при этом прочностные показатели цементного камня на уровне нредьявляемых к ним требоващп. Введение в жидкостьзатворениь поверхностно-активного.вещества сульфонола приводит к снижению поверхностного натяжения на границе раздела фаз и способствует смачиванцю полиэтилена.Пленка из ПАВ препятствует агрегации частиц полиэтиленачисто механически не позволяя им приближаться одна к другой, поэтому они легко распределяются между частицами цемента и асбеста, образуя при этом стабиль ную систему. Молекулы ПАВ самопроизвольно соединяются в мицеллы, при этом поглощается и удерживается большое количество воды, что сказывается на величине водоотстоя, который с увеличением добавки ПАВ уменьшается. Оптимальная добавка ПАВ выбрана, исходя и зависимости величины поверхностного натяжения жидкости затворения и водоотстоя тампонажного раствора от содержания ПАВ в раство 35 ре, и составляет 0,24-0,54 отжидкости затворения.Уменьшение поверхностно-активного вещества в растворе ниже 0,243 увеличивает поверхностное натяжение жидкости затворения, что отрицательно сказывается на стабильности системы, ,приводит к увеличению водоотстоя и, как следствие, к усадке образующего ся. цементного камня.Увеличение добавки ПАВ более0,54 существенного влияния на стабильность системы не оказывает, является экономически нецелесообразным 50 и имеет отрицательные последствия, так как вызывает сильное вспенивание, при котором тампонажный раствор трудно закачать в скважину.П р и м е р 1. Готовят жидкость 55 затворения. Для этого в 300 г воды растворяют 0,3 г белой патоки и0,96 г ПАВ (сульфонол, ТУ-01-10180481 478) . В 109 г воды растворяют 0,12 г хромпика. Полученные растворы смешивают. В этот раствор добавляют 39 г отходов хризотил-асбеста и 60 г отходов полиэтилена. Перемешивают до однородного состояния. На полученной жидкости затворяют 199,62 г шлакопесчаного цемента.П р и м е р 2. Изменяют процентный; состав компонентов в системе при таком же порядке введения их в раствор (воды берется соответственно 300 и 105). Соотношение компонентов, г: ШПЦС 196,59; отходы хризотнл-асбеста 39:, отходы полиэтилена 60 белая патока 2,71 хромпик О,72; сульфонол 0,99.П р и м е р 3. Готовят тампонаж, ный состав в промысловых условиях.В осреднительной емкости, оснащенной мешалкой, приготавливают жидкость затворения, включающую белую патоку, хроник сульфонол Отходы хризотил асбеста и полиэтилена. При отсутствии специальной осреднительной емкости указанную операцию можно выполнить в стационарной емкости, осуществляя перемешивание с помощью цементровочного агрегата. Операция по приготовлению жидкости затворения сводится к следующему. В техническую воду добавляют последовательно расчетное количество белой патоки, сульфонола, хромпика (водный раствор)Смесь перемешивают в течение 30 мин. Добавляют отходы асбеста, перемешивают 30- 40 мин, добавляют отходы полиэтилена, перемешивают 30-40 мин. На полученной жидкости затворяют цемент обычным способом.Граничный состав для температуры 140 С, содержащий мас, :ШПЦС58,34Отходы хривотил-асбеста 18Отходы полиэтилена . 23Белая патока 0,09Хромпик 0,03Сульфонол 0,54Такая тампонажная смесь является еще приемлемой, однако требует для затворения большого количества воды, что отрицательно сказывается на прочностных показателях формирующегося камня. При уменьшении содержания ШПЦС ниже 58,34% прочность цементного камня уменьшается и становится1138481 5меньше требуемых значений (1,0- 1,5 ИПа по ТУ 21-1-6-67).При уменьшении белой патоки и хромпика ниже соответотвенно 0,09 и О,ОЗХ возможно преждевременное загустевание тампонажного раствора, недоподъем его до проектной высоты, оставление большого цементного стакана в колонне: обсадных труб, Увеличение отходов хризотил-асбеста и полиэтилена выше 18 и 237. соответст-. венно приводит к загущению раствора, уменьшению его подвижности и прочности образующегося цементного камня,Оптимальный состав для температуры 140 ОС, содержащий, мас,Х:ШПЦС66,54Отходы хриэо- тил-асбеста Отходы полиэтилена 20Белая патока О, 1Хромпик 0,04Сульфонол 0,32Оптимальный состав для температуры 200 С, содержащий, мас.7.:ШПЦС65,53Отходы хризотиласбеста 13 Отходы полиэтилена 20Белая патока 0,9Хромпик 0,24Сульфонол 0,33 При соотношении компонентов, ука" занных в оптимальных составах для 140 и 200 С, положительные качества предлагаемого тампонажного состава проявляются наиболее реально, т.е. тампонажный раствор имеет незначительную плотность (1,25 г/см), чтообеспечивает его подъем за колонной на большую высоту, поцвижен и легко прокачивается в затрубном пространстве, прочность камня вьппе требований ТУ 21-1-6-67, предъявляемых к облегченным тампонажным растворам, а проницаемость не превышает десятых долей мнллидарси. Кроме того, такой раствор характеризуется хорошей закупоривающей способностью поглощающих пластов. Граничный состав для температуры 200 С, содержащий, мас.Х:ШПЦС75,41Отходы хризотил-асбеста 8 Отходы полиэтилена 15Белая патока 0,95Хромпик 0,4Сульфонол 0,24При таком соотношении компонентовтампонажный состав еще приемлем. Дальнейшее увеличение белой патоки и .хромпика не оказывает существенноговлияния на повьппение термостойкоститампонажного сбстава и становитсяэкономически нецелесообразным. Крометого, уменьшается прочность образующего цементного камня, особенно наранней стадии его Формирования. Суменьшением количества отходов хризотил-асбеста н полиэтилена нижеграничных значений увеличивается седкментация раствора и его плотность.Такой раствор увеличивает давление напоглощающий пласт, может не закупоривать пласт, а уходить в него.Разработанный состав имеет меньшую 25 плотность (до 1,22 г/см), чем известный (1,48 г/смз), что достигается введением облегчающей добавки отходов полиэтилека, плотность котороговдвое меньше плотности шлифовальнойпыли (плотность полиэтилена 0,950,96 г/см, шлифовалькой пыли 1,8-2,5 г/см). Плотность хризотил-асбеста примерно равна плотности шлифовальной пыпи (2,2-3,2 г/см), но сочетанием компонентов удается достигнуть поставленной цели и получитьтермостойкий облегченный тампонажныйраствор плотностью 1,22-.1,35 г/см.При этом прочностные характеристикицементного камня удовлетворяют требованиям ТУ 21-1-6-66, согласно кото-рому прочность цементного камня изоблегченного раствора на изгиб должна быть не менее 1,0-1,5 МПа.Получить тампонажный раствор плот.45ностью 1,22-1,35 г/см, используяизвестные материалы, возможно толькопри большом значении водо-,смесевогоотношения.Однако такой раствор не можетиспользоваться для крепления сквахин, 50так как прочность образующегося изнего камня меньше допустимых значений, предусмотренных ТУ 21-1-6-67,а сам раствор, имея большой водоотстой (табл.1), расслаивается, чтоприводит при остановках в процессецементирования к выпадению твердой /фазы в осадок, к недоподъемам его1138481 Состав. (содержаниекомпонентов, мас.Х) Водоотстой за час Х Водосмесевоеотношение отность,г/смз Известный ШПЦС60ШП 40 1.48 0,8 18 1,40 1,0 22 11Дольше 25 19 1,26.1,351,56 1,30 30 1,96 52 1,25 Предлагаемый ШПЦС 58, 89-75, 65 Отходы хризотил-асбеста 8-18Ью 0,8 1,40 19,5 135 21,5 Белая патока 0,95 1,30 20,5 1, 15 3,5 1,37 Хромпик 0,03-0,4 1,25 20 5,5 до проектных отметок, образованию водяных поясов в заколонном пространстве скважины, межпластовым пере; токам.Цементный камень, .получаемый иэ 5 шлакопесчаного цемента с добавками отходов хризотнл-асбеста и полиэтилена, белой патоки, хромпика и регулирующей добавки поверхностно-активного вещества, обладает достаточной проч О ностью на изгиб и сжатие, соответсгвующей требованиям ТУ 21-1-6-67 на облегченные тампонажные растворы, а также имеет низкую проницаемость.. В табл.2 показано влияние добавок 5 асбеста, полиэтилена, белой патоки хромпика и сульфонола на физико-мехаОтходы полиэт, 15-23 1,0 1нические свойства облегченного тампонажного состава,Тампонажныи раствор на основе данных компонентов седиментационно устойчив и имеет низкую плотность (1,22-1,35 г/см). При цементировании таким тампонажным раствором возможность поглощения и гидроразрыва плас та снижается, так как он оказывает меньшее давление на пласт, а радиус кальматации в приствольной зоне у него меньше, что позволяет сохранить коллекторские свойства продуктивных горизонтов, быстрее вводить скважины в эксплуатацию, а также больше отбирать нефти из пласта.Таблица 1 Свойства раствора Растекаемость, смО Ч Ч лЧ ГЪ сЧ Ч М л л 1 1 а о хоИ Э Е 4 Г Щ л л О 0 л Чо ЮЭ оса лм м м м л л1138481 о ь сч-л а л л асчГ Ф О О л а сч сч ц 1 сЗ щФ РЪл л л сч сч счО ОО л л сч с 4 л о а о о о счм с 1 м ц 1 ц ц 1 о щ а о ом мсч о ооо о о о о о о ц 1 ц 1 ац 1 о о о о сч сч ц 1 л а цъ сч ц ц 1 ц 1 ц 1 сч сч сч сч л ла л ц 1 ц 1 а асч м сч сч сч м а; лмц 1 л а о о сч сч сч а л ао о о о о о л а о о ФЩ л л а о о о осч о о сч сч счсч сч со о сча л а а О О О О сО, О ЧР О л 1 сс,м л