способ приготовления облегченного тампонажного раствора

Формула изобретения

1. Способ приготовления облегченного тампонажного раствора смешиванием тампонажного цемента с микросферами и затворением на жидкости, отличающийся тем, что предварительно смешивают с микросферами сухой порошкообразный полимерный понизитель водоотдачи в соотношении к весу тампонажного цемента, мас.%: микросферы 10-45, понизитель водоотдачи 0,15-0,45, смесь этих добавок перемешивают с указанным цементом, затем затворяют на жидкости - предварительно приготовленном 0,02-0,08%-ном растворе пеногасителя трибутилфосфата при водотвердом отношении 0,6-0,85.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сухих порошкообразных полимерных понизителей водоотдачи используют сульфоцелл, камцелл, оксиэтилцеллюлозу, поливиниловый спирт, полиакриламид.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, к способам приготовления тампонажных растворов.

Для цементирования нефтяных и газовых скважин с аномально низкими пластовыми давлениями применяются облегченные тампонажные растворы, которые готовят путем затворения в жидкости тампонажной смеси цемента с облегчающей добавкой (бентонитом, перлитом, вермикулитом, газонаполненными микросферами). Так, например, известен способ приготовления двухкомпонентных смесей смешиванием цемента и микросфер, с последующим затворением в жидкости и перемешиванием в осреднительной емкости [1].

Недостатком такого способа приготовления является необходимость длительного перемешивания в осреднительной емкости до получения однородного раствора при ограниченных сроках загустевания раствора, в результате чего возрастает угроза схватывания цемента в процессе цементирования и возникновения осложнений.

Наиболее близким к предлагаемому по назначению составу компонентов является способ приготовления облегченного тампонажного раствора [2], принятый нами за прототип, когда предварительно готовят водный раствор сульфоцелла, хлористого кальция и суперпластификатора С-3, в который добавляют микросферы, после чего на полученной суспензии затворяют тампонажный цемент.

Недостатком этого способа является недостаточно низкая и неравномерная плотность приготавливаемого раствора из-за того, что микросферы всплывают, с растворенным сульфоцеллом образуется обильная устойчивая пена, а длительное перемешивание в осреднительной емкости может привести к загустеванию и схватыванию раствора в процессе цементирования.

Заявляемое изобретение решает задачу получения тампонажного раствора более низкой плотности, когда колебания плотности раствора при затворении не превышают ±20 кг/м³ за счет увеличения содержания микросфер, применения пеногасителя, предварительного приготовления однородной сухой тампонажной смеси сухих компонентов.

Целью изобретения является получение однородного облегченного тампонажного раствора более низкой плотности.

Поставленная цель достигается тем, что предварительно смешивают с микросферами сухой порошкообразный полимерный понизитель водоотдачи в соотношении к весу цемента, мас.%: микросферы 10-45, понизитель водоотдачи 0,15-0,45, смесь этих добавок перемешивают с цементом, затем затворяют на предварительно приготовленном 0,02-0,08%-ном растворе пеногасителя трибутилфосфата при водотвердом отношении 0,6-0,85.

В качестве сухого порошкообразного полимерного понизителя водоотдачи используют сульфоцелл, камцелл, оксиэтилцеллюлозу, поливиниловый спирт, полиакриламид.

Из патентной и научно-технической литературы нам не известны способы приготовления облегченных тампонажных растворов, включающие совокупность указанных выше действий и количественное соотношение компонентов, что позволяет сделать вывод о новизне заявляемого технического решения.

Достижение поставленной цели изобретения обеспечивается:

- возможностью введения в состав тампонажной смеси большого количества микросфер и соответственно этому в большей степени понижения плотности тампонажного раствора;

- предупреждением ценообразования, поскольку сульфоцелл и другие полимерные понизители водоотдачи не успевают распуститься и не служат воздухововлекающей добавкой, а пеногаситель гасит неустойчивую пену, которая образуется за счет воздуха, адсорбированного на микросферах;

- предварительное приготовление смеси микросфер и сульфоцелла (других понизителей водоотдачи), последующее смешение ее с цементом позволяют равномерно распределить относительно малое количество сульфоцелла (камцелла, оксиэтилцеллюлозы, поливинилового спирта, полиакриламида) в большом количестве микросфер и цемента.

Основное преимущество данного способа в том, что сокращается время приготовления облегченного тампонажного раствора и снижается вероятность загустевания тампонажного раствора в процессе его приготовления и при цементировании колонны.

Из существующего уровня техники нам не известен способ приготовления облегченного тампонажного раствора, когда его готовят в 3 этапа: на первом смесь сухих добавок (микросфер, понизителя водоотдачи), на втором - перемешивание смеси сухих добавок и тампонажного цемента, на третьем - затворение тампонажной смеси на растворе пеногасителя, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию изобретательский уровень.

Способ осуществляют следующим образом.

Для цементирования конкретной скважины определяют необходимую плотность и показатели свойств, количество облегченного тампонажного раствора, массовое содержание компонентов.

При приготовлении тампонажной смеси используют две многотоннажные смесительные емкости, к которым подведены линии пневмотранспорта между емкостями, подачи компонентов и отбора смесей.

Такие емкости обычно имеются на базе цехов крепления скважин.

Необходимое количество сухого порошкообразного полимерного понизителя водоотдачи (сульфоцелла, или камцелла, или оксиэтилцеллюлозы, поливинилового спирта, полиакриламида) смешивают с микросферами в воздушном потоке в первой емкости. После перемешивания в эту же емкость подают в заданном соотношении тампонажный цемент, где всю смесь сухих добавок перемешивают с цементом в воздушном потоке. Полученную сухую тампонажную смесь, содержащую цемент, сухой порошкообразный полимерный понизитель водоотдачи и микросферы, перекачивают и перемешивают во второй емкости. Отбирают из этой емкости не менее 3-х проб смеси, затворяют пробы при заданном водотвердом отношении, определяют плотность и растекаемость раствора из каждой пробы. В том случае, если плотность всех проб при растекаемости 20-23 см отличается от заданной не более чем на ±20 кг/м³, сухая смесь считается однородной и готовой к использованию. При неоднородности смесь дополнительно перемешивают, перекачивая из одной емкости в другую и обратно. Затворением проб определяют по плотности однородность смеси. Готовую тампонажную смесь перевозят к месту использования автоцементовозами или цементосмесительными машинами. Затворение тампонажной смеси при цементировании скважины производят на предварительно приготовленном растворе пеногасителя трибутилфосфата обычным способом. При этом плотность тампонажного раствора изменяется от заданной не более чем на ±20 кг/м³, т.е. раствор получают однородным.

Данный способ приготовления облегченного тампонажного раствора испытан при цементировании пяти скважин Тевлинско-Русскинского месторождения Западной Сибири. Таким способом были приготовлены тампонажные растворы с плотностью 1200-1250 кг/м³, при затворении колебания плотности не превышали ±20 кг/м. Все скважины с аномально низкими пластовыми давлениями успешно зацементированы с подъемом цемента до проектной высоты без поглощений.

Пример приготовления облегченного тампонажного раствора.

Для цементирования скважины с аномально низким пластовым давлением Тевлинско-Русскинского месторождения необходим облегченный тампонажный раствор плотностью 1200 кг в количестве 59 м³. По данным предварительного анализа и по расчетам для приготовления раствора такой плотности и в таком количестве необходимо 24,9 т цемента ПЦТ1-50, облегчающей добавки алюмосиликатных микросфер МС-400-11,2 т (45% к весу цемента), понизителя водоотдачи сульфоцелла 112 кг (0,45% к весу цемента). Затворение сухой тампонажной смеси осуществляют на жидкости - 0,08%-ном растворе пеногасителя трибутилфосфата при водотвердом отношении 0,85.

Тампонажный раствор готовят следующим образом. В смесительную емкость с заданным количеством микросфер загрузили сульфоцелл, перемешали все в воздушном потоке, сюда же загрузили тампонажный цемент, перемешали всю смесь. Перекачали ее в другую емкость, повторно перемешали и вернули в первую емкость, снова перемешали. Отобрали 3 пробы смеси, затворили их при В/Т=0,85. При растекаемости 21-23 см плотность растворов была 1220, 1200 и 1180 кг/м³ и отличалась от необходимой не более чем на ±20 кг/м³, т.е. была достаточно однородной. По данным лабораторных исследований при затворении тампонажной смеси на растворе пеногасителя тампонажный раствор - камень имел следующие свойства:

Плотность 1200 кг/м³

Растекаемость 22 см

Сроки загустевания 120 мин

Прочность камня

на изгиб-сжатие через 2 суток 0,8 и 2,6 МПа

и соответствовал требованиям.

Готовая тампонажная смесь на буровой была затворена на 0,08%-ном растворе трибутилфосфата (ТБФ) с подачей в цементный бачок и откачиванием в скважину цементировочными агрегатами.

Замеры показали, что плотность облегченного тампонажного раствора при затворении и закачивании составляла 1200±20 кг/м³, следовательно раствор был достаточно однородным, цементирование скважины прошло без осложнений, цемент поднят на расчетную высоту, контакт цемента с колонной и породой плотный.

Приготовление облегченных тампонажных растворов плотностью более 1200 кг/м³ с меньшим содержанием микросфер, понизителя водоотдачи и пеногасителя в пределах указанных концентраций принципиально не отличается от описанного выше способа.

Вместо сульфоцелла могут быть использованы при тех же концентрациях другие понизители водоотдачи - камцелл, оксиэтилцеллюлоза, поливиниловый спирт, полиакриламид.

При необходимости в состав тампонажного раствора с водой затворения могут быть введены регуляторы сроков схватывания (замедлители, ускорители) и пластификаторы.

Сравнительный анализ показывает, что предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет получить однородный облегченный тампонажный раствор плотностью до 1200 кг/м³, тогда как по известному способу не удается получить раствор плотностью ниже 1500 кг/м³.

Предлагаемый способ приготовления тампонажного раствора позволяет получить качественный раствор низкой плотности, за счет этого поднять цемент за обсадной колонной на проектную высоту без поглощений, сформировать в затрубном пространстве тампонажный камень равномерной плотности и прочности по высоте.

Источники информации

1. Рогов А.А., Шипица В.Ф., Логвиненко С.В. Новая технология приготовления двухкомпонентных тампонажных растворов // Газовая промышленность, 1977, №1, с.23.

2. Патент №2172812, опубл. 10.06.2000 г. Способ приготовления облегченного тампонажного раствора. Цыцымушкин П.Ф., Горонович и др.