RU2162510C2

RU2162510C2 - Method of preparing light-weight grouting mortar

Info

Publication number: RU2162510C2
Application number: RU99103283A
Authority: RU
Inventors: В.М. Мильштейн; Ю.В. Черняк; Л.И. Рябова; А.А. Саенко
Original assignee: Мильштейн Всеволод Михайлович; Черняк Юрий Владимирович; Рябова Любовь Ивановна; Саенко Андрей Андреевич
Priority date: 1999-02-18
Filing date: 1999-02-18
Publication date: 2001-01-27

Abstract

FIELD: preparation of grouting mortars for cementing of wells with low formation pressure. SUBSTANCE: method includes producing of colloid system based on clay or polyvinyl alcohol, or some other polymer with simultaneous activation and circulation to obtain preset viscosity. Then cement is supplied to colloid system through pipe union of hydrovacuum mixer with continuous circulation to produce grouting mortar of preset density and volume. The proposed method involves preparation of light-weight grouting mortar based on clay and other colloid systems with homogeneous density and sedimentation stability with high adhesion of stone operating at temperature up to 160 C and preserved strength characteristics and minimal consumption of colloid component. EFFECT: higher efficiency. 1 tbl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к приготовлению тампонажных растворов для цементирования скважин с низким пластовым давлением. The invention relates to the preparation of cement slurries for cementing wells with low reservoir pressure.

Известен способ получения облегченного тампонажного раствора предварительным приготовлением сухой смеси порошка цемента и бентонита с последующим затворением или бентонитового раствора с последующим использованием его в качестве жидкости затворения ("морской способ") (Булатов А.И. Тампонажные материалы и технология цементирования скважин. -М.: Недра, 1971, с. 218-224). There is a method of obtaining a lightweight grouting mortar by preliminary preparation of a dry mixture of cement powder and bentonite followed by mixing or a bentonite mortar, followed by its use as a mixing fluid ("marine method") (Bulatov A. I. Grouting materials and well cementing technology. -M. : Nedra, 1971, p. 218-224).

Однако такой способ не обеспечивает стабильности по плотности и седиментации тампонажного раствора, требует повышенного расхода глинопорошка. However, this method does not provide stability in density and sedimentation of the cement slurry, requires an increased consumption of clay powder.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ приготовления облегченных тампонажных растворов, включающий приготовление коллоидной системы раствора гипана необходимой вязкости, подаваемых одновременно в смеситель на активацию цемента, коллоида (гипана) и воды - прототип. (Патент РФ N 2072026, 13.04.92, МПК E 21 B 33/138). The closest in technical essence to the claimed invention is a method of preparing lightweight cement slurries, including the preparation of a colloidal system of a solution of hypane of the required viscosity, supplied simultaneously to the mixer for activation of cement, colloid (hypane) and water - a prototype. (RF patent N 2072026, 04/13/92, IPC E 21 B 33/138).

Недостатком этого способа является несоответствие требованиям технологии цементирования в сложных условиях: нестабильная плотность и седиментационная устойчивость тампонажного раствора (коагуляция и пентизация гипана, ограниченность применения в температурном диапазоне (до 100^oC), низкая адгезия полученного тампонажного камня.The disadvantage of this method is the inconsistency with the requirements of cementing technology in difficult conditions: unstable density and sedimentation stability of cement slurry (coagulation and pentization of gypsum, limited use in the temperature range (up to 100 ^o C), low adhesion of the resulting cement stone.

Задача изобретения - приготовление облегченного тампонажного раствора на основе глинистых и других коллоидных систем, однородного по плотности и седиментационно-стойкого с повышенной адгезией камня, работающего в диапазоне температур до 160^oC при сохранении прочностных характеристик и минимальном расходе коллоидной составляющей.The objective of the invention is the preparation of lightweight cement slurry based on clay and other colloidal systems, uniform in density and sedimentation-resistant with increased adhesion of the stone, operating in the temperature range up to 160 ^o C while maintaining strength characteristics and the minimum consumption of the colloidal component.

Сущность данного способа заключается в приготовлении коллоидной системы, содержащей глину или ПВС, поливиниловый спирт, или другие полимеры и затворение цемента на ней с одновременной активацией и подачей на циркуляцию до получения заданной вязкости по схеме резервуар - гидровакуумный смеситель - резервуар под давлением 4-6 МПа, затем подают цемент в коллоидную систему через тот же гидровакуумный смеситель при непрерывной циркуляции по той же схеме до получения тампонажного раствора заданных плотности и объема. The essence of this method is to prepare a colloidal system containing clay or PVA, polyvinyl alcohol, or other polymers and mixing cement on it with simultaneous activation and supply to the circulation until a given viscosity is obtained according to the reservoir-water-vacuum mixer-reservoir scheme under pressure of 4-6 MPa , then cement is supplied to the colloidal system through the same hydraulic vacuum mixer with continuous circulation according to the same scheme until a cement slurry of a given density and volume is obtained.

Для осуществления предлагаемого способа требуется следующее оборудование (чертеж):
- резервуар (1) с мешалкой (осреднительная емкость);
- насос с жесткой характеристикой, развиваемый давление не менее 4,0 МПа (2);
- гидровакуумный смеситель с керамическим штуцером (3).To implement the proposed method requires the following equipment (drawing):
- a tank (1) with a stirrer (averaging capacity);
- a pump with a rigid characteristic, a developed pressure of at least 4.0 MPa (2);
- a hydraulic vacuum mixer with a ceramic fitting (3).

При затворении использовали 8%-ный раствор глинопорошка марки ПБМБ, плотностью 1,04 г/см³ Константиновского завода, также глинопорошок отечественного производства марок ПБМБ и ПБМВ, ТУ 39-0147001-105-93, портландцемент тампонажный.When mixing, an 8% solution of PBMB clay powder with a density of 1.04 g / cm ^{3 of the} Konstantinovsky plant was used, domestic clay powder of PBMB and PBMV grades, TU 39-0147001-105-93, portland cement grouting were also used.

Методы испытаний проводились по соответствующим ГОСТам и ОСТам. Коллоидную систему готовили или из глины, или из ПВС, или из гипана. Test methods were carried out in accordance with the relevant GOST and OST. The colloidal system was prepared either from clay, or from PVA, or from hypane.

Приготовление раствора осуществляют в следующем порядке:
В резервуар 1 подают воду в расчетном объеме. Включают мешалку и загружают глинопорошок или полимер в количестве, соответствующем заданной рецептуре. Для ускорения этого процесса создают циркуляцию в системе: резервуар 1 - насос 2 - смеситель 3 - резервуар. После окончательного роспуска коллоида в воде в смеситель 3 подают цемент и продолжают циркуляцию до получения заданной плотности нарабатываемого раствора. Циркулирующий через штуцер смесителя раствор, содержащий твердые частицы, подвергаемые диспергации, приобретает улучшенные свойства. В случае необходимости циркуляцию раствора через штуцер смесителя можно продолжить после получения заданной его плотности. По сравнению со способом приготовления раствора из сухих цементно-бентонитовых смесей или мокрым способом заранее приготовленной коллоидной системы предлагаемый метод более выгоден - расход глинопорошка в 2-3 раза меньше, а стоимость раствора ниже.The preparation of the solution is carried out in the following order:
In the tank 1 serves water in the estimated volume. Turn on the mixer and load the clay powder or polymer in an amount corresponding to a given formulation. To accelerate this process create a circulation in the system: tank 1 - pump 2 - mixer 3 - tank. After the final dissolution of the colloid in water, cement is fed into the mixer 3 and circulation is continued until a given density of the produced solution is obtained. The solution circulating through the nozzle of the mixer containing solids subjected to dispersion acquires improved properties. If necessary, the circulation of the solution through the nozzle of the mixer can be continued after receiving a given density. Compared with the method of preparing a solution from dry cement-bentonite mixtures or the wet method of a previously prepared colloidal system, the proposed method is more profitable - the consumption of clay powder is 2-3 times less, and the cost of the solution is lower.

Рециркуляция с одновременной диспергацией агрегативных частиц цемента способствует созданию однородного по плотности и седиментационно-стойкого тампонажного раствора, обеспечивающего повышенную адгезию и прочность тампонажного камня. Для обеспечения циркуляции раствора с нарастающей плотностью предусматривается применение насосов с жесткой характеристикой, способной развивать давление 4,0 МПа, которое достаточно для диспергации твердых частиц при циркуляции его через штуцер гидровакуумного смесителя. Накопление расчетного объема дает равномерность плотности во всем растворе. Recycling with the simultaneous dispersion of aggregate particles of cement contributes to the creation of a uniform density and sedimentation-resistant cement slurry, providing increased adhesion and strength of cement stone. To ensure the circulation of the solution with increasing density, it is planned to use pumps with a rigid characteristic capable of developing a pressure of 4.0 MPa, which is sufficient to disperse solid particles when it is circulated through the nozzle of the hydraulic vacuum mixer. The accumulation of the calculated volume gives uniformity of density throughout the solution.

Для экспериментальной проверки заявляемого способа провели серию операций по приготовлению тампонажного раствора по известной и предлагаемой технологиям. Результаты работ приведены в таблице. For experimental verification of the proposed method conducted a series of operations for the preparation of cement slurry according to known and proposed technologies. The results are given in the table.

Данный способ позволяет получить стабильные свойства по плотности и седиментационной стойкости при повышенных адгезионных и прочностных характеристиках тампонажного камня (опыты NN 1-4) в сопоставлении с прототипом (опыт N 7). Стоимость материалов рассчитывалась по данным Нижневартовского СпецУБР 1996 г. Портландцемент - 400 тыс. руб. за 1 т, глинопорошок 1200 тыс. руб. /т. Стоимость цементно-бентонитовой смеси принята по данным тампонажного управления "Краснодарнефтегаз" 345 руб. за 1 т. This method allows to obtain stable properties in density and sedimentation resistance with increased adhesive and strength characteristics of cement stone (experiments NN 1-4) in comparison with the prototype (experiment N 7). The cost of materials was calculated according to the data of the Nizhnevartovsk Special UBR 1996. Portland cement - 400 thousand rubles. per 1 ton, clay powder 1200 thousand rubles. / t The cost of the cement-bentonite mixture is accepted according to the grouting department of Krasnodarneftegaz 345 rubles. for 1 t

Эффективность предлагаемого способа очевидна. Повышенная седиментационная стойкость и стабильная плотность раствора, адгезия и прочность камня, обеспечивают качество изоляции и крепление скважин, что обеспечивает дополнительную добычу нефти и газа, а также экономию затрат на материалы. The effectiveness of the proposed method is obvious. Increased sedimentation resistance and stable density of the solution, adhesion and strength of the stone, ensure the quality of insulation and well fixing, which provides additional oil and gas production, as well as saving material costs.

Claims

A method of preparing a lightweight cement slurry, including obtaining a colloidal system containing clay, or polyvinyl alcohol, or other polymers, and mixing cement on it with simultaneous activation, characterized in that the colloidal system is circulated until a given viscosity is obtained according to the tank-hydraulic-mixer-tank scheme under a pressure of 4 - 6 MPa, then cement is fed into the colloidal system through the same hydraulic vacuum mixer with continuous circulation according to the same scheme until a cement slurry is obtained predetermined density and volume.