Тампонажный раствор для нефтяных и газовых скважин

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 200979 (21) 2821767/22-03с присоединением заявки Йо -(51)М. Кл.з Е 21 В 33/138 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР ДЛЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН Изобретение относится к бурению,в частности к облегченным тампонажным растворам для крепления нефтяных и газовых скважин в условияхпластовых давлений близких к гидростатическому.Известен облегченный тампонажныйраствор на основе цемента, воды затворения и бентонита, содержащий указанные ингредиенты в следующих количествах, вес.ч.:Цемент 100Вода 64-84Бентонит 5-7,5Эта смесь 1имеет следующие 15Физико.-технические характеристики:Плотность, г/см 1,76-1,68Йачало схватывания, от 12-30ц-мин до 13-05предел прочности 20цементного камняна изгиб через 2 сут,кгс/см 11,0-5,0Недостатками этой смеси являютсясравнительно высокая плотность,длительные сроки схватывания и низкаяпрочность цементного камня на изгиб,.что отрицательно сказывается на качестве разобщения пластов в скважинах,приводит к увеличению времени зат вердевания смеси и существенно замедляет темп проводки скважин,Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемому результату является облегченныйтампонажный раствор, содержащий портланд - цемент, облегчающую забавкуторф, ускоритель схватывания - хлористый кальций и воду, содержащийингредиенты в количествах, вес.ч.:Цемент 20-22,3Торф 0,5-2,7Хлористый кальций 2-7,3Вода 23-30,3Данный тампонажный раствор Г 2имеет следующие физико-техническиехарактеристики:Плотность, г/см 1,40-1,50Начало схватывания,ч-мин 8,00-16,00Предел прочности цементного камня на изгибчерез 2 сут, кгс/см 9,00-10,00Недостатками этого тампонажногоматериала являются очень большие сроки схватывания, недостаточная прочность цементного камня и применениедополнительного химического реагента (хлористого кальция) для ускорения времени схватывания.Цель изобретения - уменьшение сроков схватывания и увеличения прочности цементного камня.Указанная цель достигается тем, что раствор в качестве облегчающей добавки содержит сапропель при следующем соотношении ингредиентов, вес.ч.: Вода- 0 8 Ж Т 60 Полученная тампонажная смесь имеет следующие характеристики:Растекаемость, смПлотность, г/см 17 1,61 65 Портландцемент 51,6-46,4Сапропель 24,2-26,8Вода ОстальноеСапропели могут использоватьсяв качестве связывающего веществаблагодаря своим физико-механическимсвойствам и химическому составу:высокой дисперсности и пластичности,способности легко адсорбироватьсяна поверхности песчаных частиц, прочно связывая их в единую массу, атакже наличия в сапропелях гуминовыхвеществ и битумов.20Запасы сапропелей в БССР оцениваются до 3,0 млрд.м З.Целесообразность и .неотложность.разработки сапропелей многих озерсогласуется с необходимостью их очистки и восстановления как источниковчистой воды и рабохоэяйственных угодий.Технология получения тампонажнойсмеси состоит в следующем.Портландцемент для "горячих" ЗОскважин просеивается через сито 0,08.Для работы используется сапропельс влажностью 95Отмеренные сапропель и вода смешиваются, образуя сапропелевую пульпу. Затем, используя как жидкостьзатворения, ее добавляют к цементуи тщательно перемешивают лопаткойв сферической чаше в течение 3-5 мин.В результате лобараторных исследований выяснено, что оптимальноеотношение кЬличества воды и сапропеля равно единице (В(С= . Изменяетсяжидкая фаза , Жотношениевот 0,8твердая фаза Тдо 1,2,В состав жидкой фазы входит водасапропеля+добавляемая водопроводнаявода. В состав твердой фазы входитцеьент+твердая часть сапропеля (сухой вес сапропеля). 50Примеры получения тампонажныхсмесей.П р и м е р 1. Тампонажную смесьготовят следующего состава, в вес.Ъ:ортландцемент 55,4 55апропель 22,8(1тв,фазы и 21,8жидкой фазы)22,81,45 Водоотстой,Время загустевания при75 С, р = 500 атм,ч-мин 1-20Сроки схватывания при75 С, р = 500 атм,ч-мин началоконецПредел прочности наизгиб через 48 + 2 чотвердения при 75 С,р = 500 атм, кгс/см 23П р и м е р 2. Исходные вещества 3-15 4-15 51,6 24,2 (1,2 твердой фазы, 23 жидкой фазы)24,2 ВодаЖ0 9Т Полученный тампонажный растворимеет следующие характеристики: Растекаемость, см 19Плотность, г/см1,57Водоотстой,1,73Время загустевания при75 С, р = 500 атм,ч-минСроки схватывания при7 УС, р = 500 атм,ч-мин началоконецПредел прочности наизгиб через 48+2 чтвердения при 75 С,р = 500 атм, кгс/см 2-50 19 П р и м е р 3. Состав тампонажный смеси готовят в следующих количествах ингредиентов, в вес,ЪПортландцемент 48,8 Сапропель 25,6(1,3 твердой фазы, 24,3 жидкой фазы)25,6 ВодаЖ1Т Полученная тампонажная смесь име-следующие характеристики:Растекаемость, см 20Плотность, г/см 1,53Водоотстой,2,0Время загустевания прнс = 75 С, р = 500 атм,ч-мин 3-30Сроки :хватывания прис = 75 С, р = 500 атм,ч-мин начало 4-00конец 5-00Предел прочности наизгиб через 48+2 чтвердения при= 75 С,р = 500 атм, кгс/см 16 ет для приготовления тампонажного раствора взяты в следующих количествах, в вес. :ПортландцементСапропель876960 П р и м е р 4. Тампонажную смесьготовят следующего состава, вес.Ъ:Портландцемент 46,4Сапропель 26,8(1,34 твердаяфаза, 25,46 жид-.5кая фаза) 4-30 6-45 15 4-20 5-35 20 25 ЗО ВодаЖ1,2Т Для получения цементно-сапропелеЗ 5 вого раствора пригодны кремнеземистые, смешанные и органические сапропели. Однако как видно из табл. 3,.более стабильные результаты полученыс кремнеземистыми сапропелями.Т а б л и ц а 1 Названия озер Характеристики Судобль,Минской области Вечер,Минской об- ласти Червоное,омельской ласти Органический мещанный ремнеземистыйип сапропел ОПП-остаток после 12,7 51,50,0 рокаливани аловый соста лы,2,5,6 Вода 26,8Ж1 1ТПолученная тампонажная смесь имеет следующие характеристики:Растекаемость, см 21Плотность, г/см1,50Водоотстой, Ъ 24Время загустевания при75 С, р = 500 атм,ч-мин 3-40Сроки схватывания прис = 75 С, р = 500 атм,ч-мин началоконецПредел прочности наизгиб через 48+2 чотвердения при с = 75 С,р = 500 атм, кгс/см 12П р и м е р 5. Состав тампонажной смеси, вес.В:Портландцемент 44Сапропель 28(1,4 твердойфазы, 26,6жидкой фазы)28 Полученный тампонажный растворимеет следующие характеристики;Растекаемость, с23Плотность, г/см 1,47Водоотстой, Ъ 4,3 Ъ на сухое вещество ГеО Время загустевания прис = 75 С, р = 500 атм,ч-мин 4-10Сроки схватывания прис = 75 С, р = 500 атм,ч мин началоконецПредел прочности наизгиб через,:, 48+2 чтвердения при с = 7 С,р = 500 атм, кгс/см 11В табл. 1 приведен химическийсостав сапропелей. В табл. 2 физикомеханические характеристики цементносапрополевых растворов, в табл. 3физико-механические свойства облегченных цементно-сапрополевых растворов и камня с использованием цемента для "холодных" скважин и сапрополей различных озер.Как видно иэ таблицй 2, наилучшими характеристиками обладают тампонажные смеси 2, 3, 4. Тампонажный раствор 1 имеет невысокую растекаемость,низкие сроки загустевания и схватывания. Тампонажный раствор 5 обладаетплохой седиментационной устойчивостью.На основании этого тампонажныесмеси 2, 3 и 4 взяты в качестве оптимальных составов, отвечающих требованиям ГОСТа (ГОСТ 1581-63) и утвержденным ТУ на облегченные тампонажныерастоворы.876960 Продолжение табл.1 Название озер Характеристики Судобль,Минской области микроэлементы, мг/кг 471,0 313, 9 219,9 7,1 6,8 5,5 рН 1,2 4,2 2,9 Гуминовые вещества, Ъна. ОВ(органическое вещество) 58,3 Гуминовые кислоты, Ъ на 58,8 34,4 7,1 28,6 14,5 ОВ 18,2 33,6 25,5 Гидролитическая кислотность,44,3 24,5 65,6 мг/экв/100 г Сумма обменных оснований,мг/экв/100 г . 51,2 85,4 85,8 Степень насыщенности оснований, % 77,4 65,8 56,8 П р и м е ч а н и я. Химический состав сапропелей приведен по данным института торфа АН БССР. Естественная влажность сапропеля определяется в каждой пробе отдельно. Битумы, Ъ на сухое вещество Легкогидролизируемые соединения, Ъ на сухое вещество Червоное,Гомельскойобласти Вечер,Минскойобласти+ с д н ц во нЗЕ цвц е е й Х1 1 1 а Ю ф с с а 10 ф 3 Ч (ЧФ 0сса аЩ О о ц оо Е с ах хео аО нч И 3ецц х,О нх в ц ц о о О) . х ххах Ь3Ц 1 Ро33 ао сХФЦХМ аЗЕаювх 1 11 нн х " а ю ь 1 О Ф 1 3 ц ФЭ д 1 а1 Ос х ц Е 1 О е ад Ц 1 И; 1 Ю Е.х 31 Е 1н ц х О 1 В О Е876960 12 61О, ХдхеокнаРнхоххо еоехааа ЦЕР Х Х Е а,.оаР Оеоаэл дРыхбнх 1. м 1 1 1 6 1 Ц 1, о 1 1 ю а о ф 1 Н ю о охоЕ ЭФТО ан 6 11,О Ц о о а о Ц о фдС Е ооо ц о Хх 1876960 Формула изобретения Составитель В.НикулинРедактор Е.Лушникова Техред ;А,Ач Корректор М.Коста Заказ 9544/45 Тираж 630 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 Тампонажныйраствор для нефтяных и газовых скважин, содержащий портландцемент, облегчающую добавку и воду, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения сроков схватывания и увеличения прочности цементного камня, в качестве облегчающей добавки, он содержит сапропель при следующем соотношении ингредиентов, вес.Ъ: Портландцемент 51,6-46,4 Сапропель 24,2-26,8 Вода ОстальноеИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Данюшевский В.Я. и др. Справочное руководство по тематическим материалам, М., фНедраф, 1973, с.68- 77.2. Авторское .свидетельство СССР 9 613083, кл. Е 21 В 33/138, 1973 (прототип).