ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР
GROUTING MORTAR

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 хемогенных отложений, вскрывших пласты с АВПД и наличием агрессивных компонентов HS и CO.
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, содержащий 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;
- невозможность обработок соляной кислотой при циклических операциях в стволе скважины или продуктивном горизонте.
Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение технологических возможностей тампонажного раствора и области его применения путем повышения плотности смеси с одновременным повышением флюидоупорности и долговечности тампонажного камня в условиях проявлений сероводорода, а также в условиях проведения возвращаемых работ, связанных с обработками ствола скважины соляной кислотой.
Данный технический результат направлен на создание доломитизированного тампонажного раствора с высокой устойчивостью к разрушению сформированного из тампонажного раствора камня при контакте с водой, придания ему свойств соле-, серо-, водородостойкого элемента, обладающего низкой газопроницаемостью и не имеющего трещин и флюидопроявляющих каналов.
Техническая задача решается тем, что доломитизированный тампонажный раствор содержит Микродур, хлористый кальций, НТФ, воду, карбонат калия, хлористый барий, хлористый магний, суперпластификатор С-3 при следующих соотношениях компонентов, масс.%:
Хлорид кальция CaCl<sub>2</sub>
4,01-2,93
Хлорид бария BaCl<sub>2</sub>
7,52-5,52
Хлорид магния MgCl<sub>2</sub>·6Н<sub>2</sub>O
(плотностью 1,32 г/см<sup>3</sup>)
8,69-6,37
Карбонат калия K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>
15,05-11,04
Вода
49,65-36,42
Микродур
14,54-37,32
Суперпластификатор С-3
0,36-0,27
НТФ
0,18-0,13
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в долотомитизированном тампонажном растворе используются компоненты активных «сильных» соляной и кремневой кислот - хлористый барий, хлористый магний, карбонат калия, суперпластификатор С-3, что позволяет придать ему водо-, солее-, 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. Наличие карбонатных соединений в рецептуре позволяет проводить циклические работы с привлечением солянокислотных обработок.
Долотомитизированный тампонажный раствор в качестве регулятора технологических свойств содержит суперпластификатор С-3 в количестве 0,36-0,27 масс.% и НТФ - 0,18-0,13 масс.%. Добавка суперпластификатора С-3 в смесь менее 0,27 масс.% снижает прокачиваемость смеси, а увеличение добавки более 0,36 масс.% приводит к расслоению смеси. Добавка НТФ в смесь менее 0,13 масс.% приводит к преждевременному схватыванию смеси, а увеличение добавки более 0,18 масс.% - к длительному несхватыванию, что в пластовых условиях может привести к размыву смеси.
3
Долотомитизированный тампонажный раствор в качестве утяжелителя содержит хлорид бария в количестве 7,52-5,52 масс.%. Добавка хлорида бария в смесь позволяет поднять плотность смеси до 1,7 г/см. Добавка утяжелителя в смесь менее 5,52 масс.% снижает плотность, а увеличение добавки более 7,52 масс.% загущает тампонажный раствор.
Долотомитизированный тампонажный раствор в качестве компонента, образующего нерастворимый молекулярный известняк, содержит хлорид кальция в количестве 4,01-2,93 масс.%. Добавка хлорида кальция в смесь позволяет образовывать сероводородостойкий уплотнительный компонент минерального доломита. Добавка хлорида кальция в смесь менее 2,93 масс.% снижает образование известняка, а увеличение добавки более 4,01 масс.% сокращает схватывание тампонажного раствора.
Долотомитизированный тампонажный раствор в качестве компонента, образующего нерастворимый молекулярный магнезит, содержит хлорид магния в количестве 8,69-6,37 масс.%. Добавка хлорида магния в смесь позволяет образовывать сероводородостойкий уплотнительный компонент минерального доломита. Добавка хлорида магния в смесь менее 6,37 масс.% снижает прочность доломита, а увеличение добавки более 8,69 масс.% приводит к образованию трещин в доломите.
Долотомитизированный тампонажный раствор в качестве преобразователя хлоридных солей содержит карбонат калия в количестве 15,05-11,04 масс.%. Добавка карбоната калия в смесь позволяет в процессе химической реакции преобразовывать хлоридные соли в карбонатные соединения. Добавка карбоната калия в смесь менее 11,04 масс.% снижает образование доломита, а увеличение добавки более 15,05 масс.% приводит к загустеванию тампонажного состава.
Долотомитизированный тампонажный раствор в качестве структурообразователя содержит тонкодисперсное вяжущее «Микродур» 14,54-37,32 масс.%. Добавка «Микродура» в смесь менее 14,54 масс.% не позволяет получить прочного камня, а увеличение добавки более 37,32 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 (20000-25000 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, уплотнить структуру камня, 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 доломитизированный 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 кальция, хлорид магния (бишофит), хлорид бария, карбонат калия, 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°C и атмосферном давлении. Для условий умеренных температур загустевание раствора определяют при 75°C и атмосферном давлении. Для условий АВПД - при режиме температуры до 90°C.
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);
- карбонат калия.
Пример
3
Для приготовления доломитизированного тампонажного раствора (состав 6, табл.1) в рассол бишофита плотностью 1,32 г/см, весом 6,83 масс.% (239 г), последовательно перемешивая, добавляют 39,07 масс.% (1366 г) воды, 0,14 масс.% (5 г) НТФ, 0,29 масс.% (10 г) суперпластификатора С-3, 3,15 масс.% (110 г) хлористого кальция, 5,92 масс.% (207 г) хлористого бария, 11,84 масс.% (414 г) карбоната калия и 32,76 масс.% (1200 г) Микродура. Состав перемешивают 3 мин, после чего определяют плотность, растекаемость, прокачиваемость при температуре 25°C 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
Доломитизированный тампонажный раствор предлагаемого состава с содержанием указанных компонентов в заявляемых пределах обладает повышенной плотностью (1,65 г/см), нормативным значением растекаемости (200 мм) (см. состав 6, таблица 1), временем прокачиваемости 4-00 часа и прочностью на сжатие 6,2 МПа через 3 суток твердения при температуре 25°C.
Применение предлагаемого долотомитированного 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 долотомитированного тампонажного раствора будет определяться снижением межремонтного периода и увеличением срока службы тампонажной смеси.
Таблица 1
Состав и свойства тампонажных смесей
№п/ п
Состав рецептуры, масс.%
Плотность, г/см
Растекаемость, см
Прокачиваемость, ч-мин.
Условия испытаний
Прочность на сжатие через 3 сут, МПа
Проницаемость через 5 сут, мкм<sup>2</sup>
Хлорид кальция CaCl<sub>2</sub>, γ=2,51 г/см<sup>3</sup>
Хлорид бария BaCl<sub>2</sub>, γ=3,92 г/см<sup>3</sup>
Хлорид магния (бишофит) MgCl2·6H<sub>2</sub>O, γ=1,32 г/сь<sup>3</sup>
Карбонат калия K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>, γ=2,43 г/см<sup>3</sup>
Вода
Микродур, γ=3,15 г/см<sup>3</sup>
Суперпластификатор С-3, γ=1,8 г/см<sup>3</sup>
НТФ, γ=1,8 г/см<sup>3</sup>
Температура,°C
Давление, МПа
1
4,23
7,92
9,15
15,85
52,32
9,96
0,38
0,19
1,35
>25
>12-00
25
атм
не схв.
-
2
4,01
7,52
8,69
15,05
49,65
14,54
0,36
0,18
1,41
>25
10-00
25
атм
2,0
>0,005
3
3,79
7,12
8,23
14,25
46,98
19,12
0,34
0,17
1,47
>25
8-30
25
атм
4,5
>0,005
4
3,58
6,72
7,76
13,45
44,32
23,69
0,32
0,16
1,53
25
6-40
25
атм
5,2
>0,005
5
3,36
6,32
7,30
12,64
41,65
28,27
0,31
0,15
1,59
22
5-30
25
атм
5,8
>0,005
6
3,15
5,92
6,83
11,84
39,07
32,76
0,29
0,14
1,65
20
4-00
25
атм
6,2
>0,005
7
2,93
5,52
6,37
11,04
36,42
37,32
0,27
0,13
1,71
18
2-30
25
атм
6,9
>0,005
8
2,71
5,12
5,91
10,24
33,66
41,99
0,25
0,12
1,77
15
1-00
25
атм
7,5
-
Прототип, масс.% (патент №2299230)
9
29,9
-
-
-
37,9
30,0
-
0,1
1,49
22
13-00
24
атм
-
-