дисперсно-армированный тампонажный раствор

Формула изобретения

Дисперсно-армированный тампонажный раствор, включающий тампонажный портландцемент, минеральное волокно, соль поливалентного металла, водорастворимый полимер и воду, отличающийся тем, что в качестве минерального волокна он содержит асбестовое или базальтовое волокно размером не более 5 мм, в качестве соли поливалентного металла хлористый кальций, в качестве водорастворимого полимера- оксиэтилированную целлюлозу и дополнительно резиновую крошку размером 1-3 мм при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Портландцемент тампонажный	100
Указанное минеральное волокно	3-4
Оксиэтилированная целлюлоза	0,1-0,2
Хлористый кальций	0,3-0,4
Указанная резиновая крошка	5-7

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин.

Известен тампонажный раствор для крепления скважин, содержащий портландцемент, королек, полиоксиэтилен, хлорид натрия и воду [1]. Королек выполняет роль армирующей добавки, а водорастворимый полимер усиливает деформируемость и сцепление цементного камня с обсадной колонной.

Недостатками раствора являются низкие демпфирующие и высокие фильтрационные показатели.

Наиболее близким по составу к предлагаемому является дисперсно-армированный тампонажный раствор, содержащий портландцемент, минеральное волокно с хризотил-асбестом, кислую соль поливалентного металла или смесь этих солей, силикокристаллит, водорастворимый полимер и воду [2]. Эффективность дисперсно-армированного материала достигается активизацией вяжущего с микроармирующей добавкой в дезинтеграторе. Однако этот не обладает достаточными демпфирующими свойствами.

Задача изобретения - улучшение демпфирующих и адгезионных свойств тампонажных растворов при их высокой седиментационной устойчивости и долговременном сохранении прочности цементного камня.

Указанная задача выполняется за счет добавления к тампонажному раствору, содержащему портландцемент, минеральное волокно (асбестовое или базальтовое), соль поливалентного металла и водорастворимый полимер, резиновой крошки при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Портландцемент тампонажный - 100

Минеральное волокно (асбестовое или базальтовое) - 3-4

Резиновая крошка - 5-7

Водорастворимый полимер (оксиэтилированная целлюлоза) - 0,1-0,2

Хлорид кальция - 0,3-0,4.

Дисперсно-армированные тампонажные материалы представляют собой смесь вяжущего и волокнистых материалов, произвольно ориентированных и равномерно распределенных по всему объему и работающих с матрицей за счет их сцепления повышением прочности камня на растяжение. Добавка резиновой крошки позволяет повысить упругоэластичные свойства тампонажного раствора и цементного камня за счет равномерного распределения эластичных частиц в объеме раствора и связывания их асбестовыми волокнами, что способствует образованию во всем объеме композиции волокнистой структуры, т.е. повышению ее прочности и упругоэластичных свойств. При составлении композиционного материала непосредственно перед использованием рекомендуется применять резиновую крошку и минеральное волокно следующих размеров 1-3 мм и не более 5 мм соответственно. Водорастворимый полимер выполняет функции понизителя фильтрации и повышает седиментационную устойчивость тампонажного раствора. Хлорид кальция в данном случае нейтрализует возможность снижения прочностных свойств цементного камня при обработке полимером.

Составы и свойства дисперсно-армированных тампонажных растворов приведены соответственно в таблицах 1 и 2.

Увеличение содержания в растворе минерального волокна свыше 4 % и резиновой крошки более 6 % приводит к росту консистенции раствора (табл.2), что, в свою очередь, приводит к необходимости увеличения водосмесевого отношения, которое сопровождается снижением прочности цементного камня. При этом наибольшее влияние на показатель консистенции оказывает содержание минерального волокна. Гранулярный наполнитель (резиновая крошка) влияет на показатель консистенции в меньшей степени, однако необходимо учитывать, что прочность цементного камня зависит от дисперсности наполнителя, то есть применение крупнодисперсной резиновой крошки приводит к резкому снижению прочностных свойств.

Нижний предел концентрации наполнителей ограничен снижением армирующих и демпфирующих свойств, а также плотностью тампонажной жидкости.

Содержание соли поливалентного металла зависит от конкретных горно-технических условий и ее состава. Применение водорастворимых полимеров, как правило, снижает прочность цементного камня, поэтому их содержание в тампонажной жидкости ограничено узкими пределами концентраций, достаточными для стабилизации системы, но не вызывающими резкого снижения механической прочности камня.

Тампонажные растворы готовят следующим образом. Полимерный реагент и хлорид кальция растворяют в воде, затем добавляют наполнители и портландцемент. В производственных условиях при приготовлении необходимо использовать усреднительную емкость.

Таблица 1
Номер раствора	Портландцемент	Минеральное волокно (размер не более 5 мм)		Резиновая крошка (размер 1-3 мм)	Хлорид кальция	Оксиэтилированная целлюлоза
		Асбест	Базальтовое волокно
1	2	3	-	5	6	7
1	100	3	-	5	0,3	0,15
2	100	3	-	6	0,3	0,15
3	100	3	-	7	0.3	0,15
4	100	4	-	5	0.3	0,15
5	100	4	-	6	0.3	0.15
6	100	4	-	7	0.3	0,15
7	100	5	-	4	0.3	0,15
8	100	5	-	6	0.3	0,15
9	100	5	-	8	0.3	0,15
10	100	-	3	5	0,3	0,15
11	100	-	3	6	0,3	0,15
12	100	-	3	7	0.3	0,15
13	100	-	4	5	0.3	0,15
14	100	-	4	6	0.3	0,15
15	100	-	4	7	0.3	0,15
16	100	-	5	4	0.3	0,15
17	100	-	5	6	0.3	0,15
18	100	-	5	8	0.3	0,15

Предложенный состав тампонажного раствора эффективно использовать в интервалах залегания проницаемых пород для ликвидации поглощений и ремонтного цементирования.

Таблица 2
Номер раствора	Температура, °С	Водосмесевое отношение	Растекаемость, см	Плотность кг/м 3	Водоотделение, мл	Прочность на изгиб, МП	Время загустевания час-мин
1	2	3	4	5	6	7	8
1	40	0,6	19,5	1690	0,0	3,60	2-45
2	40	0,6	19,0	1670	0,0	3,60	2-50
3	40	0,6	18,5	1650	0,0	3,53	2-55
4	40	0,65	18,5	1600	0,0	3,52	2-52
5	40	0,65	18,0	1600	0,0	3,48	3-05
6	40	0,65	17,8	1590	0,0	3,45	3-15
7	40	0,8	18,0	1500	0,0	1.45	3-55
8	40	0,8	15,5	1500	0,0	1,35	4-40
9	40	0,8	14,0	1500	0,0	1,15	5-05
10	40	0,6	21,0	1690	0.0	3,40	2-56
11	40	0,6	20,8	1670	0,0	3,38	3-01
12	40	0,6	20,0	1650	0,0	3,30	3-10
13	40	0,65	20,2	1600	0,0	3,12	3-08
14	40	0,65	19,6	1600	0,0	3,04	3-15
15	40	0,65	19,0	1590	0,0	2,98	3-22
16	40	0,8	19,2	1500	0,0	1,25	4-05
17	40	0,8	16,8	1500	0,0	1,12	5-03
18	40	0,8	15,2	1500	0,0	1,04	5-16

Источники информации

1. А.с. СССР № 1470933, МКИ 4 Е 21 В 33/138, 07.04.89.

2. А.с. СССР № 1099049, МКИ 3 Е 21 В 33/138, 23.06.87.