тампонажный состав для крепления пологих и горизонтальных скважин

Формула изобретения

1. Тампонажный состав, содержащий тампонажный цемент, реагент-стабилизатор, минеральную добавку и воду, отличающийся тем, что состав содержит реагент-стабилизатор, устойчивый к полиминеральной агрессии, а в качестве минеральной добавки он содержит хлористый натрий NaCL или хлористый калий KCL при следующем содержании компонентов , мас.ч.:

Тампонажный цемент 100

Реагент-стабилизатор 0,2-1,2

NaCL или KCL 2,0-3,0

Вода 40-50

2. Тампонажный состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве реагента-стабилизатора, устойчивого к полиминеральной агрессии, содержит комплексный реагент-понизитель водоотдачи КРК.

3. Тампонажный состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве реагента-стабилизатора, устойчивого к полиминеральной агрессии, он содержит Сульфацелл С и дополнительно содержит пеногаситель.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли и может быть использовано в процессе крепления пологих и горизонтальных скважин.

Известны рецептуры тампонажных составов для цементирования наклонных скважин, включающие поливиниловый спирт (ПВС) и пеногаситель [1], полиэтиленоксид (ПЭО) или комплексный реагент-понизитель водоотдачи КРК и хлористый кальций [2].

Недостатком таких тампонажных составов является то, что они не обладают достаточной седиментационной устойчивостью (коэффициент водоотстоя по ГОСТ 26798.1-2001 достигает 3,2%, величина степени релаксации напряжений (СР) по [3] - до 90%) и не предотвращают образование канала у верхней стенки ствола, что создает опасность заколонных проявлений и межпластовых перетоков.

Наиболее близким к заявляемому составу по совокупности существенных признаков является тампонажный состав, содержащий тампонажный цемент, полиэтиленоксид (ПЭО), хлористый кальций, конденсированную сульфит-спиртовую барду (КССБ) и воду при следующем соотношении компонентов (на 100 мас. ч. цемента):

Тампонажный цемент 100

ПЭО 0,1

CaCl ₂ 2,0

КССБ до 0,15

Вода 50,

имеющий высокую седиментационную устойчивость (коэффициент водоотстоя по ГОСТ 26798.1-2001 равен 0) [2].

Недостатком этого состава является высокая водоотдача (18% к объему жидкости затворения через 1 мин [2], 198 см³/30 мин по прибору "Baroid") и высокие значения СР (91-100%), что предопределяет низкое качество разобщения пластов в пологих стволах вследствие седиментации твердой фазы и загрязнение приствольной зоны продуктивного пласта фильтратом цементного раствора.

Задачей данного изобретения является комплексное решение проблемы качественного крепления пологих и горизонтальных скважин и разобщения пластов за счет подавления процесса седиментации и предотвращения связанного с ним осаждения твердой фазы на нижнюю стенку ствола и образования канала у верхней стенки путем повышения седиментационной устойчивости раствора до уровня, при котором значения параметра СР не превышают 79%, а также сохранения коллекторских свойств продуктивных пластов и защиты приствольной зоны от загрязнения фильтратом тампонажного раствора за счет снижения его водоотдачи при сохранении нормальных технологических параметров раствора, обеспечивающих его закачку в скважину и продавку в затрубное пространство.

Поставленная задача решается тем, что тампонажный состав включает реагент-стабилизатор, минеральную добавку и воду. Новым является то, что состав содержит реагент-стабилизатор, устойчивый к полиминеральной агрессии, а в качестве минеральной добавки он содержит хлористый натрий или хлористый калий, при следующем соотношении компонентов мас.ч.:

Тампонажный цемент 100

Реагент-стабилизатор 0,2-1,2

Минеральная добавка 2,0-3,0

Вода 40-50

В качестве реагента-стабилизатора тампонажный состав может содержать Сульфацелл С или комплексный реагент-понизитель водоотдачи КРК.

Тампонажный состав с Сульфацеллом С дополнительно содержит пеногаситель.

Совокупность реагента-стабилизатора, устойчивого к полиминеральной агрессии, и минеральных добавок, не оказывающих в пределах их содержания в тампонажном составе отрицательного влияния на водоотдачу и одновременно усиливающих действие реагента-стабилизатора на степень релаксации напряжений, придает тампонажному составу новое свойство - сочетание повышенной седиментационной устойчивости и изолирующей способности, обусловленной соблюдением требований по величине параметра СР, с низкой водоотдачей. Это позволяет полностью подавить процесс седиментации, предотвратить развитие связанных с ним осложнений и обеспечить качественное крепление пологих и горизонтальных стволов и разобщение пластов при минимальном загрязнении продуктивного пласта фильтратом тампонажного раствора и ухудшении его коллекторских свойств.

Синергетический эффект взаимодействия реагентов-стабилизаторов, устойчивых к полиминеральной агрессии, и минеральных добавок проявляется в усилении стабилизирующего действия, например, Сульфацелла С или реагента КРК, снижении величины СР и получении технологических показателей цементного раствора, которые не достигаются при использовании таких реагентов-стабилизаторов и минеральных добавок порознь.

Реагент Сульфацелл С - водорастворимая оксиэтилцеллюлоза (ОЭЦ) - представляет собой волокнистый порошок белого или кремового цвета, содержащий до 96% ОЭЦ со степенью полимеризации до 1100 и степенью оксиэтилирования до 1,5. Хорошо растворяется в воде, образуя растворы различной вязкости. Серийно выпускается ЗАО "Полицелл" (ТУ 6-55-221-1210-91).

Комплексный реагент-понизитель водоотдачи КРК представляет собой композицию, включающую понизитель водоотдачи, пластификатор и пеногаситель. Разработан и выпускается ОАО НПО "Бурение" по ТУ 39-00147001-192-99.

Предлагаемые тампонажные составы готовят следующим образом.

Предварительно готовят раствор реагента-стабилизатора, концентрация которого заведомо превышает концентрацию жидкости затворения. Рекомендуемая концентрация - 4-5%. Для ускорения растворения допускается подогревать раствор до 45°С.

По массе навески тампонажного цемента рассчитывают необходимые количества раствора реагента-стабилизатора, минеральной добавки и воды. Минеральную добавку растворяют в воде и полученный раствор смешивают с раствором реагента-стабилизатора. В готовую жидкость затворения вводят расчетное количество пеногасителя (если он входит в рецептуру состава).

Цементный раствор готовят на лабораторной мешалке согласно ГОСТ 26798.0-2001.

В промысловых условиях для приготовления состава необходимо использовать гидроворонку и осреднительную емкость при температуре воды не более 40-45°С.

Основные показатели тампонажного раствора - плотность, растекаемость, коэффициент водоотстоя, прочность - определяются в соответствии с ГОСТ 26798.1-2001. Во всех примерах, представленных в таблице (рецептуры 5-11), величина коэффициента водоотстоя равна 0.

Водоотдача определяется на приборе "Baroid" при Р=0,7 МПа с применением фирменных фильтров Baroid или Fann.

Перед определением реологических параметров и степени релаксации приготовленный раствор термостатируют в консистометре КЦ-5 при непрерывном перемешивании в течение 2 ч при температуре испытания, равной 75°С (см. табл.).

Реологические параметры и степень релаксации определяют на многоскоростном реометре Baroid или Fann с применением стакана, снабженного рубашкой, при непрерывной циркуляции горячей воды, обеспечиваемой термостатом U-1. Степень релаксации определяют согласно известной методике [3], после определения статического напряжения сдвига (СНС) через 1 и 10 мин.

Время загустевания растворов определяют на консистометре КЦ-3 при давлении 30-35 МПа и температуре 75°С, сроки схватывания определяются на установке УС-1 при тех же температуре и давлении.

Для определения седиментационной устойчивости раствор после термостатирования в КЦ-5 заливают доверху в стеклянную трубку длиной 50-60 см и внутренним диаметром 35 мм. Оба конца трубки тщательно герметизируются, после чего ее помещают в отрезок толстостенной стеклянной трубы, оборудованный затворами для циркуляции горячей воды от термостата U-1, и термостатируют при температуре 75°С в горизонтальном положении до начала схватывания раствора в трубке, наблюдая за образованием канала в ее верхней части. У составов, приведенных в таблице (рецептуры 5-11), образование канала при испытании не зафиксировано.

Для проведения лабораторных исследований были приготовлены тампонажные составы с компонентными составами, приведенными в таблице.

Составы по прототипу проверяли на образование канала: рецептуры 1-3 - при 40°С с предварительным термостатированием в консистометре КЦ-5 в течение 40 мин, рецептура 4 - при 75°С по изложенной выше методике. Во всех случаях в горизонтальной трубке отмечено образование канала у верхней стенки менее чем через 10 мин после заливки раствора.

Пример 1. Для приготовления тампонажного состава взяли 12 г Сульфацелла С, растворенного в 228 г воды и 20 г хлористого натрия, растворенного в 190 г воды. Растворы перемешивали в течение 5 мин до получения однородного состава, затем добавили 0,5 г пеногасителя, например, трибутилфосфата (ТБФ), после чего продолжали перемешивание в течение 3 мин. Полученной жидкостью затворили 1000 г цемента в соответствии с ГОСТ 26798.0 - 2001. Исследования проведены согласно описанным выше методикам, рабочая температура при термостатировании и определении степени релаксации составляла 75°С, давление при определении времени загустевания и сроков схватывания - 35 МПа. Результаты приведены в таблице, рецептура 5.

Пример 2. Для приготовления тампонажного состава взяли 8 г Сульфацелла С, растворенного в 152 г воды и 30 г хлористого калия, растворенного в 210 г воды. Растворы перемешивали в течение 5 мин до получения однородного состава, затем добавили 0,5 г пеногасителя, например, трибутилфосфата (ТБФ), после чего продолжали перемешивание в течение 3 мин. Полученной жидкостью затворили 1000 г цемента в соответствии с ГОСТ 26798.0-2001. Исследования проведены по способу, указанному в примере 1. Результаты приведены в таблице, рецептура 6.

Пример 3. Для приготовления тампонажного состава взяли 12 г реагента КРК-75, растворенного в 228 г воды и 20 г хлористого натрия, растворенного в 240 г воды. Растворы перемешивали в течение 5 мин до получения однородного состава, затем полученной жидкостью затворили 1000 г цемента в соответствии с ГОСТ 26798.0 - 2001. Исследования проведены по способу, указанному в примере 1. Результаты приведены в таблице, рецептура 7.

Пример 4. Для приготовления тампонажного состава взяли 8 г реагента КРК-75, растворенного в 152 г воды и 30 г хлористого калия, растворенного в 260 г воды. Растворы перемешивали в течение 5 мин до получения однородного состава, затем полученной жидкостью затворили 1000 г цемента в соответствии с ГОСТ 26798.0-2001. Исследования проведены по способу, указанному в примере 1. Результаты приведены в таблице, рецептура 8.

Анализ таблицы показывает, что составы по прототипу (рецептуры 1-4) значительно уступают заявляемым составам по степени релаксации напряжений, а рецептуры 1-3 - и по водоотдаче, что предопределяет негативный результат опытов на горизонтальных трубках.

Содержание реагентов-стабилизаторов 0,2-1,2% для Сульфацелла и КРК-75 является оптимальным. При снижении их содержания увеличиваются водоотдача и СР, что снижает изолирующую способность составов и защиту пласта от загрязнения фильтратом. При увеличении содержания выше 1,2% раствор загущается и становится труднопрокачиваемым.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает высокое качество крепления скважин и разобщения пластов в пологих и горизонтальных скважинах, а также защиту продуктивного пласта от загрязнения фильтратом и сохранение его коллекторских свойств в интервале забойных температур от 30 до 90°С.

Использованные источники

1. Барановский В.Д., Булатов А.И., Крылов В.И. Крепление и цементирование наклонных скважин. - М., Недра. -1983.- Стр.135.

2. Гилязов Р.М. Бурение нефтяных скважин с боковыми стволами. - М., Недра. - 2002. - Стр.229.

3. Пеньков А.И., Рябоконь С.А. Требования к свойствам и критерии оценки качества буровых растворов, обеспечивающих надлежащую подготовку ствола к креплению скважин. - Труды ОАО НПО "Бурение". - 2000. - вып.5. - Стр.18-26.