Тампонажный состав

(я)э Е 21 В 33/138 С ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКО ВИДЕТЕЛЬСТВУ(21) 4813679/03(22) 16.04.90 (46) 23.11.92. Бюл. (71) Камский научн ститут комплексны и сверхглубоких с (72) Н.М, Макеев, цев и П.А. Аликин (56) Авторское сви В 1167306, кл. Е 2Авторское сви % 927972, кл, Е 21%43о-исследователх исследованийважинН,Н, Касаткина, В кий илубоки детельство ССС 1 В 33/138, 198 детельство ССС В 33/138, 1982 Р 45 - 15,3 0,24-0,33Остальное ОСУДАРСТВЕН ЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР Изобретение относится к области бурения глубоких и сверхглубоких скважин, вчастности к производству тампонэжных составов для ликвидации осложнений (открытых жильных, линзовых, трубчатых,каверновых, поглощающих и проявляющихканалов) при наличии в зонах агрессивногосероводорода при температуре 100-1600 С.Может быть использовано при бурении вобласти геологии, нефтяной и газовой промышленности,Известна полиакрилэмидная паста дляизоляционных работ при нормальных температурах, приготовленная путем смешивания двух цементных суспенэий, приследующем соотношении ингредиентов,мас,чПортландцементтампонажный 100Полиакриламид(57) Сущность изобретения: тампонажный состав содержит компоненты, мас.ч.: шлакопесчаный цемент 100, хлорное железо 0,5 - 1,0, полиакрилэмйд 0,05 - 0,10, этилсиликат 1,0-3,0, вода 48,25-51,40, На водном растворе хлорного железа и этилсиликата затворяют цемент. При добавлении раствора полиакриламида образуется паста. Тампонажный камень обладает высокой сероводородостойкостью, 2 табл,(см. Булатов А.И. и Данюшевский В,С. Тпонажные материалы. - М.: Недра, 198242). Основой этой пасты является портландцемент для холодных скважин, не обладающих корроэионной стойкостью в агрессивных средах, поэтому паста не может быть использована в условиях высоких температур при наличии сероводорода.Известен тампонажный состав для изоляции зон поглощения промывочной жидкости в зонах соляного карста при наличии слабоминералиэованных и сероводородсодержащих вод, состоящий иэ каустического магнезита, хлористого магния, полиакриламида и воды при следующем соотношении ингредиентов, мас, :Каустическиймагнезит 46,66 - 49.00 Хлористыймагний 12, 4 ПолиакриламидВода(см, авт. св. СССР М 1051232, кл, Е 21 В 33/138. 1983).Однако известный тампонажный состав предназначен для низких положительных температур и не может быть использован при бурении глубоких скважин в условиях высоких температур из-за малцх сроков схватывания,Также известен тампонажный состав для крепления нефтяных и газовых скважин при температуре 100 С, содержащий вяжущее, адапаты натрия и воду при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.:Шлаковый цемент.ШПЦС 100,0 Адапаты 0,4-2,5 Вода 47,5 - 49,6 (см. авт, св. В 1167306, кл, Е 21 В 33/138, 1985),Однако известный тампонажный состав растекаем(растекаемость по конусу АэНИИ 220 мм, см. табл.) в зоне осложнения легко разбавляется пластовой водой и не обеспечивает изоляцию пористо-карстовых пластов при интенсивных поглощениях и агрессивных водопроявлениях,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому составу является тампонажный раствор для крепления высокотемпературных нефтяных и газовых скважин в условиях сероводородной агрессии, описанный в способе химической обработки тампонажных растворов (см. авт. св, СССР М 927972, кл. Е 21 В 33/138, 1982), В качестве вяжущего состав содержит металлургический шлак с песком, затворенные на водном растворе соли трехвалентного железа, и добавки пластификатора ПФЛХ(полифекол лесохимический) при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.:Шлак 60,0 Песок 40,0 Нитрат железа 5,5 ПФХЛ 0,5 Вода 55,0 Однако этот раствор на ранней стадии твердения растекаем и не позволяет качественно производить изоляцию зон интенсивных поглощений промывочной жидкости и водопроявлений в крупнопористых, каверновых пластах, несмотря на предварительное проведение тампонажных работ по снижению интенсивности поглощения.Целью изобретения является повышение эффективности ликвидации осложнений открытых жильных, линзовых, трубчатых, каверновых, поглощающих и проявляющих каналов в условиях сероводородной агрессии при высоких температурах за счет исключения растекаемости тампонажного состава.Поставленная цель достигается тем, что состав, содержащий шлакопесчаный цемент, полимер, соль трехвалентного железа и воду, дополнительно содержит этилсиликат и все ингредиенты взяты в следующем соотношении, мас.ч.:ЦементШПЦС100,0 Хлорид железа 0,5-1,0 ПАА 0,05 - 0,10 Этилсиликат 1,0 - 3,0 Вода 48,25 - 51,40 Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый тампонажнцй состав отличается от известного введением новых компонентов, а именно кремнийорганического соединения - этилсиликата. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна". Анализ известных тампонажных составов (2,3,4), используемых в бурении для ликвидации осложнений в агрессивных средах показал, что некоторые введенные в заявляемое решение вещества известны, Например, шлаковый цемент, хлорное железо, полиакриламид, Однако, применение этих веществ в известных тампонажных составах не обеспечивает им свойства, которые проявляются в заявляемом решении. А так же известно использование этилсиликата для повышения коррозионной стойкости цементного камня,Если на основе вяжущего портландцемента паста получается при введении в состав поливалентного металла и полиакриламида, при определенном соотношении ингредиентов (аналог 1), то в составе на шлаковой основе условия изменились, и для получения пасты одного полиакриаламида не достаточно (опыт 3, табл, 1). Этилсиликат в данных пределах не исключает растекаемости (опыт 4, табл. 1), а в комплексе с полиакриламидом при определенном соотношении ингредиентов способствует достижению поставленной цели. Т. е. помимо известного качества в данном составе этилсиликат выступает в новом качестве.Таким образом, данный состав компонентов придает заявляемому тампонажному составу новое свойство, что позволит сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия",По мнению авторов полимеры и хлорид железа выполняют здесь совместно несколько функций:загущают раствор, устраняют растекаемость, увеличивают пластическую прочность раствора;способствуют схватыванию и тверде.нию смеси в агрессивной среде.Кроме того, небольшие добавки ПААпредупреждают раннее схватывание цементного раствора при высоких температурах.Механизм загущения раствора, очевидно, можно объяснить тем, что при добавлении ПАА к цементному раствору,содержащему хлорид железа, начинаетсяобразование устойчивых новых связей между молекулами ПАА и солью трехвалентногожелеза, в результате чего в межчастичномпоровом пространстве образуется дополнительное количество твердого вещества, повышается вязкость поровой жидкости, Повсей вероятности, этилсиликат усиливаетэтот процесс.После затвердевания тампонажногораствора образуется цементный камень,объем пор которого заполнен раствором солей трехвалентного железа и продуктамиего реакции с полимерами и некоторымивеществами тампонажного материала. Привоздействии на такой цементный камень агрессивной среды, содержащей сероводород, создаются условия для химическогосвязывания сероводорода, проникающего вцементный камень, с хлоридом железа.Продукты реакции заполняют поровое пространство цементного камня на границе егоконтакта с агрессивной средой (уменьшаютпористость), затрудняя дальнейшую фильтрацию газа через него.В конечном результате это ведет к повышению прочности цементного камня истойкости его в агрессивных средах.Механизм действия реагентов на гидрационное твердение вяжущих материаловобъяснить трудно, Вероятно, замедлениесхватывания в данном случае можно объяснить адсорбцией положительно заряженных амидных групп полимера наповерхности отрицательно заряженных частицах шлака,Паста образуется только при данном соотношении ингредиентов,П р и м е р приготовления предлагаемого состава в лабораторных условиях,Для получения предлагаемого тампонажного состава были использованы следующие вещества:Шлакопесчаный цемент ШПЦС-ОСТ 39-017-80Хлорид железа (3-х хлористое 6-ти водное) ГОСТ 4147-74Полиакриламид - ТУ 6-16-15-3-7310 железа, для чего в 45,0 мл воды растворяли 20 25 30 310.3.76 55 35 40 Этилсиликат - ТУ 6-02-06-67-86 Вода водопроводнаяВначале в отдельной емкости готовили 1,50 ь-ный водный раствор полиакриламида. Для этого в 3,25 - 6,40 мл воды при температуре 40-60 С растворяли 0,05-0,1 г сухого полиакриламида (порошок засыпают в воду постепенно, при перемешивании).В другой емкости готовили раствор соли 0,5 - 1,0 г соли. В эту же емкость добавляли расчетное количество этилсиликата. На полученном растворе затворяли шлаковый цемент йз расчета 100 г цемента на 46-48 мл жидкости затворения) и в него добавляли ранее приготовленный 1,5-ный раствор полиакриаламида, а затем всю смесь перемешивали с помощью лабораторной мешалки в течение 1 мин со скоростью 90 - 100 об./мин, в результате чего был получен заявляемый тампонажный состав,В ходе лабораторных испытаний определяли структурно-механические свойства полученного состава, а именно растекаемость, густоту, сроки схватывания и прочность образующего камня.Растекаемость определяли по ГОСТ 1581-85; густоту, сроки схватывания раствора и прочность цементного камня - по ГОСТ Для изучения сравнительной устойчивости цементного камня в атмосфере сероводорода использовали методику, описанную в литературе (см, Грачева О.П., Барбакадзе Е.О. Химизм взаимодействия продуктов гидратации асбестоцемента с сероводородом. Тр. НИИасбесцемент. - М.: Госстрой- издат, 1963, вып. 17, с. 36-55),Данные об ингредиентном составе и свойствах предлагаемого и известных составов приведены в таблице 1,Экспериментальные данные таблицы свидетельствуют, что добавка хлорида железа в количестве 0,5 - 1,0 мас.ч. при сохранении предельных значений остальных компонентов придает заявляемому составу свойство нерастекаемости (густоты) (опыты 6-15), Уменьшение содержания хлорида железа делает состав растекаемым и снижает устойчивость камня в сероводородной среде(опыты 5, 6). Увеличение содержания хлорида железа резко сокращает сроки схватывания состава (опыты 17 и 18). Уменьшение содержания полимеров при минимальном содержании хлорида железаделает состав растекаемым (опыт 5). Увеличение содержания полимеров так же снижает структурно-механические свойствасостава (опыты 16 и 18).Границы температурного режима обусловлены температурой теердения самоговяжущего (ШПцСпредназначен длязабойных температур 80-160" С).Плотность заявляемого состава при испытании имела значения 1660-1720 кгlм,Предельные и оптимальные количественные значения ингредиентов предлагаемого состава выявлены на основаниилабораторных испытаний и приведены в 10табл. 2,В производственных условиях предлагаемый состав получают следующим образом:В мерном отсеке одного цементировочного агрегата готовят 1,5-ный раствор полиакриламида согласно расчету. В мерномотсеке другого агрегата на оставшейся водеготовят раствор хлорида железа, после растворения соли туда же добавляют расчетное 20количество этилсиликата. На этом растворезатворяют шлаковый цемент при водоцементном отношении.0,46-0,48. Полученнуюсуспензию прокачивают в трубы, Параллельно другим агрегатой подают 1 5;-ный 25раствор полиакриламида. При смешиваниирастворов получается предлагаемый состав, который продавливается в зону поглощения,На основании лабораторных исследований выявлены технико-экономические преимущества заявленного состава посравнению с известным, которые состоят втом, чтозаявляемый тампонажный состав стал 35нерастекаемым;густота предлагаемого состава в 12 - 32раза выше, чем у известного;заявляемый тампонажный состав технологичен; 400,05 - 0,10 1 - 348,25 - 51,40 расход ПАА на одну долю цемента уменьшился в 2,8 - 5,6 раза, а солей железа - в 4-16 раз.Указанные выше преимущества позволяют сократить время на ликвидацию осложнений за счет исключения намыва наполнителей и повторных заливок, что ведет к снижению расхода топлива, энергии, трудозатрат в 1,5 раза.Использование предлагаемого тампонажного состава предполагается при бурении сверхглубоких скважин Прикаспийского региона, Благодаря высоким структурно-механическим свойствам композиций, а так же сохранению коррозионной стойкости камня в течение длительного промежутка времени, заявляемый состав позволит повысить эффективность изоляции зон осложнений в этом сложном регионе.Формула изобретения Тампонажный состав, включающий шлакопесчаный цемент, полимер, соль трехвалентного железа и воду, о тл ича ющи йс я тем, что, с целью повышения эффективности изоляции зон осложнений. в условиях вероводородной агрессии за счет исключения растекаемости, он дополнительно содержит этилсиликат, в качестве полимера - полиакриламид, а в качестве соли трехвалентного железа - хлорное железо при следующем соотношении компонентов, мас,ч,:Шлакопесчаныйцемент 100Хлорноежелезо 0,5-1,0 ПолиакриламидЭтилсиликдтВодаВ й й еэ ЮЕ 33 9 ю а ю л Х 3- о еа 3 9 33 ае Р 1 11 3 1 1 1 1оф1 о 1 1 1 е 1 1 1111е о е 1911 3 Г1 1 11 .1 е о е 1 М 11 141 1111311 О аа вКа ОЪ О ва М М а М О а О а О МО 9 Е9 .Е 9 Е К ф ы ф х ф х13 1776761 Таблица 2 Корректор Н.Тупица Реда Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101Ъаз 4104вйиипи Предельные и оптимальные количественные значенияингредиентов предлагаемого тэмпонажного состава Составитель Н.МакееТехред М.Моргентэл Тираж Подписноеарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж, Раушская наб 4(5