соленасыщенная тампонажная композиция для высокотемпературных скважин

Формула изобретения

Соленасыщенная тампонажная композиция для высокотемпературных скважин, включающая вяжущее и хлорид натрия, отличающаяся тем, что дополнительно содержит вспученный вермикулитовый песок фракции 0,3-2,5 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Вяжущее	85-90
Хлорид натрия	8-10
Вспученный вермикулитовый песок фракции 0,3-2,5 мм	Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к материалам, используемым для цементирования нефтяных, газовых, газоконденсатных и геотермальных скважин в условиях солевой и сероводородной сред. Наиболее близкой по технической сущности и назначению к предлагаемому изобретению является соленасыщенная тампонажная композиция для высокотемпературных скважин, включающая портландцемент и хлорид натрия [1]. Существенными недостатками указанной соленасыщенной тампонажной композиции для высокотемпературных скважин являются высокая проницаемость цементного камня и низкая прочность сцепления его с колонной в интервале температур 50-110°С, вызванные перекристаллизацией термодинамически неустойчивых гидратных фаз. В совокупности указанные недостатки приводят к возникновению заколонных и межколонных газонефтеводо- и рапопроявлений, снижению трещиностойкости цементного камня при термических и динамических нагрузках.

При создании изобретения решалась задача получения непроницаемого цементного камня с повышенной прочностью сцепления с колонной в интервале температур 50-110°С.

Решение поставленной задачи достигается тем, что соленасыщенная тампонажная композиция для высокотемпературных скважин, включающая вяжущее и хлорид натрия, дополнительно содержит вспученный вермикулитовый песок фракции 0,3-2,5 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

вяжущее	85-90
хлорид натрия	8-10
вспученный вермикулитовый
песок фракции 0,3-2,5 мм	остальное

При этом в качестве вяжущего можно использовать портландцемент, глиноземистый цемент, шлакопортландцемент, шлакопесчаноцементную или шлакопесчаную смеси.

Приготовление соленасыщенной тампонажной композиции для высокотемпературных скважин может быть осуществлено как в заводских условиях - совместным помолом вяжущего и хлорида натрия в шаровых мельницах с последующим смешением с вспученным вермикулитовым песком в агрегатах механического типа (например, с помощью шнекового питателя), так и в условиях буровой или тампонажного цеха - смешением в заданном соотношении вяжущего, хлорида натрия и вспученного вермикулитового песка в цементосмесительных машинах СМН-20 или смесительных комплексах различного типа. Для этого, например, через тарельчатый или шнековый питатель шаровой мельницы - в первом случае, или приемный бункер шнекового транспортера смесительной машины СМН-20 - во втором случае, подаются соответственно 88 кг вяжущего, 9 кг хлорида натрия, 3 кг вспученного вермикулитового песка фракции 0,3-2,5 мм.

Были приготовлены три состава известной соленасыщенной тампонажной композиции для высокотемпературных скважин, включающий вяжущее (портландцемент ПЦТ II-СС-100 по ГОСТ 1581-96, шлакопесчаноцементная смесь ШПЦС-120 и шлакопесчаная смесь с соотношением шлака и песка 3:1) и хлорид натрия, а также 15 составов соленасыщенной тампонажной композиции для высокотемпературных скважин согласно изобретению по три на каждый из пяти видов вяжущего (портландцемент ПЦТ II-СС-100 по ГОСТ 1581-96, шлакопортландцемент М 400 по ГОСТ 10178-76, глиноземистый цемент по ГОСТ 9552-776, шлакопесчаноцементная смесь ШПЦС-120 и шлакопесчаная смесь с соотношением шлака и песка 3:1) со средним и граничным содержанием компонентов. Приготовление тампонажного раствора осуществлялось в соответствии с ГОСТ 26798.1-96.

Определение проницаемости цементного камня осуществлялось на образцах, сформированных при 50 и 110°С в цилиндрических формах диаметром 22 мм и длиной 150 мм с торцевыми заглушками. По истечении 2 суток твердения при 50°С и одних суток при 110°С с одного конца формы создавалось давление воздухом 0,3 МПа, а с другого - с помощью расходомера фиксировался его расход. Значение проницаемости рассчитывалось по результатам, полученным после 3-кратного создания термических напряжений перепадом температур 30 и 60°С соответственно для образцов, сформированных при 50 и 110°С. Прочность сцепления цементного камня с колонной при тех же термобарических условиях оценивалась по методу выпрессовывания образца из той же цилиндрической формы с помощью матрицы, пуансона и гидравлического пресса 2ПГ-10. Полученные данные сведены в таблицу.

Данные, приведенные в таблице, свидетельствует о том, что предлагаемая соленасыщенная тампонажная композиция для высокотемпературных скважин с оптимальным соотношением компонентов по сравнению с известной характеризуется отсутствием газопроницаемости цементного камня и повышенной прочностью его сцепления с колонной (в среднем в 8 раз). Улучшение свойств обусловлено расширением воздушных включений между слоями зерен вспученного вермикулита, приводящим к "распиранию" структуры в процессе формирования цементного камня в ограниченном объеме.

Источники информации

1. Техника и технология цементирования скважин/ Французский Институт Нефти, 1993. С. - 9 (прототип).

Таблица Сравнительная характеристика свойств известной и предлагаемой соленасыщенной тампонажной композиции
№	Состав композиции, мас.%			Температура, °С	Плотность, г/см3	Газопроницаемость, 10-3 мкм 2	Прочность сцепления, МПа
п/п	вяжущее	хлорид натрия	вспученный вермикулитовый песок
известная
1	91 ПЦ	9	-	50	1,87	7,14	13,0
2	91 ШПЦС	9	-	110	1,85	9,52	9,0
3	91 ШПС	9	-	110	1,82	9,50	4,0
предлагаемая
4	85 ПЦ	10	5	50	1,78	0,0	104,0
5	88 ПЦ	9	3	50	1,78	0,0	91,0
6	90 ПЦ	8	2	50	1,80	0,0	87,0
7	85 ГЦ	10	5	50	1,76	0,0	74,0
8	88 ГЦ	9	3	50	1,75	0,0	61,0
9	90 ГЦ	8	2	50	1,75	0,0	50,0
10	85 ШПЦ	10	5	50	1,77	0,0	87,0
11	88 ШПЦ	9	3	50	1,78	0,0	71,0
12	90 ШПЦ	8	2	50	1,80	0,0	58,0
13	85 ШПЦС	10	5	110	1,74	0,0	72,0
14	88 ШПЦС	9	3	110	1,76	0,0	63,0
15	90 ШПЦС	8	2	110	1,80	0,0	60,0
16	85 ШПС	10	5	110	1,75	0,0	41,0
17	88 ШПС	9	3	110	1,78	0,0	36,0
18	90 ШПС	8	2	110	1,79	0,0	28,0