ГИПСОМАГНЕЗИАЛЬНЫЙ ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР
GYPSUM-MAGNESIUM GROUTING MORTAR

2
2
2
Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности к области ремонта и ликвидации скважин в условиях соленосных отложений с присутствием сероводорода, а именно при креплении обсадных колонн, установки отсекающих мостов и создании флюидоупорных изоляционных покрышек, в том числе в интервале солевых отложений (NaCl, MgCl, КCl), вскрывших пласты с АВПД и наличием агрессивных компонентов HS и СO.
3
3
Известна тампонажная смесь по А.С. SU 692982, включающая вяжущее - гипсоглиноземистый цемент, водный раствор хлористого кальция (плотность 1,06-1,10 г/см), полимерную добавку - гипан при следующем соотношении компонентов, вес %: гипсоглиноземистый цемент 41-51, водный раствор хлористого кальция (плотность 1,06-1,10 г/см) - 21-26, гипан - 38-23.
Данная тампонажная смесь имеет следующие недостатки:
- узкая область применения, обусловленная нестабильностью коагуляции гипана при смешении с водным раствором хлористого кальция;
- невысокая эффективность и надежность изоляционных и ремонтных работ из-за слабой текучести, фильтруемости в пустоты, каналы, трещины и невысокой плотности.
Наиболее близким к предлагаемому решению является тампонажный раствор по патенту RU №2299230, содержащая Микродур 261R-X, хлористый кальций, сульфат алюминия, нитрилотриметиленфосфоновую кислоту НТФ, воду при следующем соотношении компонентов, вес %: Микродур 261R-X - 10-30, хлористый кальций - 20-50, сульфат алюминия - 0,5-3,0, нитрилотриметиленфосфоновая кислота НТФ - 0,0-0,2, вода - остальное.
Данный тампонажный раствор имеет следующие недостатки:
3
- узкая область применения из-за нетехнологичности в использовании, обусловленная невысокой плотностью (1,4-1,5 г/см) тампонажного раствора, что делает ограниченным его использование при строительстве, ремонте или ликвидации скважины, где устанавливаются изоляционные мосты и флюидоупорные экраны, т.к. технические условия требуют применения тампонажных растворов, близких по плотности окружающим породам, в том числе и солевым отложениям;
недостаточное количество образований молекулярно-дисперсной составляющей - сульфата кальция в результате химического взаимодействия хлористого кальция и сульфата алюминия, которая играет существенную роль в проникновении (кольматации) при создании флюидоупорных экранов.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение технологических возможностей тампонажного раствора и области его применения путем повышения плотности и растекаемости смеси с одновременным повышением флюидоупорности и долговечности тампонажного камня при контакте с водой и в условиях проявлений сероводорода.
Технический результат направлен на создание гипсомагнезиального тампонажного раствора с высокой устойчивостью к разрушению сформированного из тампонажного раствора камня при контакте с водой, придания ему свойств водо-, соле-, сероводородостойкого элемента, плотностью, близкой среднеокружающей плотности горных, в том числе и солевых, пород, вскрытых скважиной, обладающего низкой газопроницаемостью и не имеющего трещин и флюидопроводящих каналов.
Техническая задача решается тем, что гипсомагнезиальный тампонажный раствор включает хлористый кальций, сульфат алюминия, НТФ, воду, хлористый барий, хлористый магний (бишофит), окись магния, которые подбираются исходя из молекулярного расчета при их полном химическом взаимодействии, Микродур, суперпластификатор С-3 и НТФ (нитрилотриметиленфосфоновая кислота) при следующеем соотношении компонентов, масс.%:
Хлорид кальция СаСl<sub>2</sub>
5,13-4,01
Хлорид бария ВаСl<sub>2</sub>
9,68-7,56
Хлорид магния MgCl<sub>2</sub>·6Н<sub>2</sub>О
(плотностью 1,32 г/см<sup>3</sup>)
11,17-8,12
Сульфат алюминия Al<sub>2</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>3</sub>·18H<sub>2</sub>O
(сернокислый глинозем)
29,89-23,96
Окись магния MgO
(каустический магнезит)
2,33-1,82
Вода
31,77-24,81
Микродур
9,34-29,18
Суперпластификатор С-3
0,46-0,36
НТФ
0,23-0,18
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в гипсомагнезиальном тампонажном растворе дополнительно используются компоненты активных «сильных» соляной и серной кислот - хлористый барий, хлористый магний (бишофит), окись магния и суперпластификатор С-3, что позволяет придать ему водо-, соле-, сероводородостойкие свойства и получить седиментационно-устойчивую систему высокой плотности, близкую плотности окружающих солевых пород, с дальнейшим формированием солесероводородостойкого камня с неизменяемым объемом в течение длительного времени. Это позволит надежно цементировать обсадные колонны и устанавливать отсекающие мосты, флюидонепроницаемые покрышки и экраны в скважинах с проявлениями сероводорода, рапы.
Гипсомагнезиальный тампонажный раствор в качестве регулятора технологических свойств содержит суперпластификатор С-3 в количестве 0,36-0,46 масс.% и НТФ - 0,18-0,23 масс.%. Добавка суперпластификатора С-3 в смесь менее 0,36 масс.% снижает прокачиваемость смеси, а увеличение добавки более 0,46 масс.% приводит к расслоению смеси. Добавка НТФ в смесь менее 0,18 масс.% приводит к преждевременному схватыванию смеси, а увеличение добавки более 0,23 масс.% - к длительному несхватыванию, что в пластовых условиях может привести к размыву смеси.
3
Гипсомагнезиальный тампонажный раствор в качестве утяжелителя содержит хлорид бария в количестве 7,56-9,68 масс.%. Добавка хлорида бария в смесь позволяет поднять плотность до 1,7 г/см. Добавка хлорида бария в смесь менее 7,56 масс.% снижает плотность, а увеличение добавки более 9,68 масс.% загущает тампонажный раствор.
Гипсомагнезиальный тампонажный раствор в качестве компонента, образующего нерастворимый молекулярный гипс, содержит хлорид кальция в количестве 4,01-5,13 масс.%. Добавка хлорида кальция в смесь позволяет образовывать сероводородостойкий уплотнительный ангидрированный материал. Добавка хлорида кальция в смесь менее 4,01 масс.% снижает образование гипса, а увеличение добавки более 5,13 масс.% сокращает сроки схватывания тампонажного раствора.
Гипсомагнезиальный тампонажный раствор в качестве компонента для образования магнезиального камня содержит хлорид магния в количестве 8,12-11,17 масс.%. Добавка хлорида магния в смесь позволяет при преобразовании его в сульфат магния совместно с окисью магния получать высокопрочный сероводородостойкий камень. Добавка хлорида магния в смесь менее 8,12 масс.% снижает прочность камня, а увеличение добавки более 11,17 масс.% приводит к образованию трещин в камне.
Гипсомагнезиальный тампонажный раствор в качестве преобразователя хлоридных солей содержит сульфат алюминия в количестве 29,89-23,96 масс.%. Добавка сульфата алюминия в смесь позволяет в процессе химической реакции преобразовывать хлоридные соли в сульфатные соединения. Добавка сульфата алюминия в смесь менее 29,89 масс.% снижает образование гипса, а увеличение добавки более 23,96 масс.% раскисляет раствор, что приводит к загустеванию тампонажного состава.
Гипсомагнезиальный тампонажный раствор в качестве дополнительного вяжущего содержит окись магния (каустический магнезит) в количестве 1,82-2,33 масс.%. Добавка окиси магния в смесь позволяет повысить прочность образуемого камня. Добавка окиси магния в смесь менее 1,82 масс.% снижает прочность камня, а увеличение добавки более 2,33 масс.% увеличивает возможность трещинообразования камня.
Гипсомагнезиальный тампонажный раствор в качестве структурообразователя содержит тонкодисперсное вяжущее «Микродур» - 9,34-29,18 масс.%. Добавка «Микродура» в смесь менее 9,34 масс.% не позволяет получить прочного камня, а увеличение добавки более 29,18 масс.% снижает ее прокачиваемость.
2
2
2
Вяжущее «Микродур» производится посредством воздушной сепарации пыли, образующейся при помоле цементного клинкера, технология его изготовления разработана и освоена специалистами фирмы «INTRA - BAVGmbH» совместно со специалистами концерна «Dyckerhoff» и защищена Европейским патентом. Диаметр зерен «Микродур» в 6-10 раз и более меньше частиц портландцемента. Благодаря малому размеру частиц (диаметр зерен ≤ 2-6 мкм), высокой удельной поверхности (20 000-25 000 см/г) и технологично подобранному гранулометрическому составу растворы «Микродур» обладают текучестью, сравнимой с текучестью воды, даже при минимальном количестве жидкости затворения, что позволяет суспензии «Микродура» глубоко проникать в низкопроницаемую горную породу. Использование тонкодисперсного вяжущего «Микродур» позволяет в большем объеме связать воду затворения и уплотнить структуру камня и обеспечить его повышенную флюидоупорность и долговечность. Это обусловлено тем, что тонкодисперсное вяжущее способно связывать воду во много раз больше, так как водотвердое отношение может достигать 3,0-5,0 при удельной поверхности 20 000-25 000 см/г против 0,3-0,5 обычных тампонажных цементов, имеющих удельную поверхность 2500-3500 см/г.
В промысловых условиях гипсомагнезиальный тампонажный раствор готовят следующим способом.
В осреднительную машину типа АСМ-25 или УСО-20 набирают необходимое количество воды, в которой растворяют расчетное количество суперпластификатора С-3 и замедлителя НТФ. После чего при постоянном перемешивании в данную осреднительную емкость добавляют хлорид магния (бишофит), хлористый кальций, хлористый барий, сульфат алюминия (сернокислый глинозем), окись магния, а затем с помощью цементовозов или смесительных машин добавляют вяжущее - Микродур - до необходимой плотности тампонажного раствора. Затем раствор закачивают в скважину.
Определение основных свойств раствора и камня проводят в лаборатории в соответствии с ГОСТ 1581-96 «Цементы тампонажные» и ГОСТ 26798.1-96 «Методы испытаний».
Плотность, растекаемость, водоотделение раствора определяют при 25°С и атмосферном давлении. Для условий умеренных температур загустевание раствора определяют при 75°С и атмосферном давлении. Для условий АВПД при режиме температуры до 90°С.
Растекаемость определяют по конусу АзНИИ, плотность - пикнометром, водоотделение - в мерном цилиндре, время загустевания - на консистометрах ZM-1002 и КЦ-3. Прочность тампонажного камня на сжатие - на испытательном стенде CHANDLER (Модель 4207D), газопроницаемость - на приборе GFS-830-SS - CHANDLER.
При проведении лабораторных исследований были использованы:
- водопроводная вода;
- высоководопотребное тонкомолотое вяжущее (Микродур 261R-X);
- суперпластификатор С-3;
- нитрилотриметиленфосфоновая кислота - НТФ;
- хлорид кальция:
- хлорид бария;
- хлорид магния (бишофит);
- сульфат алюминия (сернокислый глинозем);
- окись магния (каустический магнезит).
Пример.
3
Для приготовления гипсомагнезиального тампонажного раствора повышенной плотности (состав 6, табл.1) в рассол бишофита плотностью 1,32 г/см весом 239 г (9,41 масс.%) последовательно перемешивая, добавляются 680 г (27,13 масс.%) воды, 5 г (0,24 масс.%) НТФ, 10 г (0,4 масс.%) суперпластификатора С-3, 110 г (4,38 масс.%) хлористого кальция, 207 г (8,27 масс.%) хлористого бария, 640 г (25,94 масс.%) сульфата алюминия, 50 г (1,99 масс.%) оксида магния и 600 г (22,56 масс.%) Микродура. Состав перемешивают 3 мин, после чего определяют плотность, растекаемость, прокачиваемость при температуре 25°С и атмосферном давлении.
При повторном приготовлении заливают формы для формирования образцов при испытании на прочность через 72 часа твердения, при испытании на проницаемость через 5 суток твердения.
3
2
Гипсомагнезиальный тампонажный раствор предлагаемого состава с содержанием указанных компонентов в заявляемых пределах обладает повышенной плотностью (1,64 г/см), нормативным значением растекаемости (200 мм) (см. состав 6 таблица 1), временем прокачиваемости 4-00 часа и прочностью на сжатие 6,6 МПа через 3 суток твердения при температуре 25°С, проницаемостью менее 0,005 мкм через 5 суток.
Применение предлагаемого гипсомагнезиального тампонажного раствора позволит:
- расширить технологические возможности тампонажного раствора и область его применения за счет повышенной плотности, обеспечивающей необходимое давление, аналогичное горному, и растекаемости смеси, обеспечивающей повышенную подвижность смеси в начальный период;
- повысить эффективность и надежность проводимых изоляционных и ремонтных работ за счет повышенной флюидоупорности, водо-, соле-, сероводородостойкости и долговечности получаемого тампонажного камня.
Экономический эффект от использования заявляемого гипсомагнезиального тампонажного раствора будет определяться снижением межремонтного периода и увеличением срока службы тампонажной смеси.