тампонажный раствор
Классы МПК: | C09K8/467 содержащие добавки для особых целей |
Автор(ы): | Штоль Владимир Филиппович (RU), Белей Иван Ильич (RU), Щербич Николай Ефимович (RU), Кашникова Лидия Михайловна (RU), Кармацких Сергей Александрович (RU), Фролов Андрей Андреевич (RU), Гноевых Александр Николаевич (RU), Андреев Николай Леонидович (RU), Коновалов Виталий Сергеевич (RU), Арыпов Шамиль Камиевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Газпром" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2006-07-11 публикация патента:
20.04.2008 |
Изобретение относится к тампонажным растворам, используемым при цементировании обсадных колонн газовых, газоконденсатных или нефтяных скважин в зоне продуктивного пласта при умеренных температурах. Технический результат - получение тампонажного раствора с пониженной водоотдачей в забойных условиях при одновременном повышении прочности сцепления цементного камня с обсадной колонной. Тампонажный раствор содержит, мас.%: портландцемент тампонажный 64,41-66,24, сульфацелл 0,13-0,40, микрокремнезем МК-85 0,33-1,99, вода 33,20-33,30. 1 табл.
Формула изобретения
Тампонажный раствор, включающий тампонажный портландцемент, сульфацелл и воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит микрокремнезем МК-85 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
тампонажный портландцемент | 64,41-66,24 |
сульфацелл | 0,13-0,40 |
микрокремнезем МК-85 | 0,33-1,99 |
вода | 33,20-33,30 |
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к тампонажным растворам, используемым при цементировании обсадных колонн газовых, газоконденсатных или нефтяных скважин при умеренных температурах в зоне продуктивного пласта.
Известен тампонажный раствор, содержащий тампонажный портландцемент, отход производства кремния, хлористый кальций и воду /авт. св. №1832149, МПК Е21В 33/138, опубл.07.08.93, бюл.№29/.
Недостатком известного тампонажного раствора является повышенная водоотдача и невысокая прочность сцепления камня с колонной.
Наиболее близким к предлагаемому по составу и назначению является тампонажный раствор, содержащий портландцемент, суперпластификатор С-3, водорастворимую гидроксиэтилцеллюлозу - сульфацелл и воду /Патент №213643, МПК Е21В 33/138, опубл. 09.10.1999 г./.
Недостатком данного раствора является высокая водоотдача тампонажного раствора в забойных условиях при повышенной плотности и низкой растекаемости, недостаточная прочность сцепления камня с металлом обсадных труб.
Повышенная плотность в совокупности с низкой растекаемостью может вызвать поглощение тампонажного раствора в процессе цементирования и недоподъем цементного раствора до проектной отметки. Высокие значения показателя водоотдачи в забойных условиях могут привести к значительному отфильтрованию жидкости затворения и преждевременному загустеванию тампонажного раствора и также к недоподъему цементного раствора.
При создании изобретения решалась задача повышения качества крепления обсадных колонн в интервале проницаемых нефтегазонасыщенных пластов.
Техническим результатом изобретения является разработка тампонажного раствора нормальной плотности с пониженной водоотдачей в забойных условиях при одновременном повышении прочности сцепления цементного камня с обсадной колонной.
Решение поставленной задачи достигается тем, что тампонажный раствор, включающий тампонажный портландцемент, сульфацелл и воду, в отличие от прототипа дополнительно содержит микрокремнезем МК-85 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Портландцемент тампонажный | 64,41-66,24 |
Сульфацелл | 0,13-0,40 |
Микрокремнезем МК-85 | 0,33-1,99 |
Вода | 33,20-33,30 |
В экспериментах использован микрокремнезем МК-85 Челябинского электрометаллургического завода по ТУ 5743-048-02495332-96, который представляет собой ультрадисперсный материал, состоящий из частиц сферической формы (диаметром 0,25 мкм и менее), получаемый в процессе газоочистки печей при производстве кремнийсодержащих сплавов. Основным компонентом материала является диоксид кремния аморфной модификации. Микрокремнезем в присутствии влаги вступает во взаимодействие с цементом с образованием гидросиликата кальция, отличающегося более развитой пространственной структурой. Некомпенсированные заряды высокодисперсного микрокремнезема образуют связи с водорастворимым полимером сульфацелл.
Сульфацелл - реагент, понижающий седиментацию и водоотдачу. Благодаря неионному характеру сульфацелл обладает широким спектром совместимости с другими компонентами, выпускается по ТУ 2231-013-32957739-01 ЗАО «Полицелл» г.Владимир.
Взаимное влияние компонентов друг на друга, их синергетическое действие в данном составе позволяет улучшить физико-механические свойства тампонажного раствора: понизить водоотдачу в забойных условиях при нормальной плотности и повысить прочность сцепления цементного камня с обсадной колонной.
В представленных экспериментах использовали портландцемент тампонажный ПЦТ 1-100 по ГОСТ 1581-96 ОАО «Сухоложскцемент», сульфацелл по ТУ 2231-013-32957739-01 ЗАО «Полицелл» г.Владимир, микрокремнезем МК-85 по ТУ 5743-048-02495332-96, воду питьевую ГОСТ 2874-82.
Определение основных свойств тампонажного раствора и камня проводили при температуре 75±3°С в соответствии ГОСТ 26798.1-96 «Цементы тампонажные. Методы испытаний». Плотность тампонажного раствора определяли пикнометром, растекаемость - по конусу АзНИИ, предел прочности камня на изгиб - на испытательной машине МИИ-100, прочность на сжатие и сцепление с металлом - на гидравлическом прессе П-10.
Водоотдачу раствора определяли на тестере М 7120 фирмы «Chandler Engineering» по СТО Газпром РД 2.1-156-2005 при температуре 75°С и перепаде давления 4,0 МПа.
Время загустевания раствора определяли на консистометре КЦ-3 при температуре 75°С и давлении 45 МПа по ГОСТ 26798.1-96.
Тампонажный раствор готовили следующим образом. Готовили сухую смесь портландцемента тампонажного и микрокремнезема МК-85 в заданных соотношениях. Необходимое количество сульфацелла растворяли в воде. Затем на полученном растворе затворяли сухую смесь в смесителе лопастном СЛ-1.
Раствор прототипа также приготовлен в лабораторных условиях, и замерены его параметры - плотность, водоотдача при умеренных температурах, время загустевания, прочность сцепления, отсутствующие в описании прототипа.
Пример. Для приготовления 1 кг тампонажного раствора (таблица, состав 2) необходимо взять 500 г воды и растворить 0,4 г сульфацелла, затем приготовить сухую тампонажную смесь из 980 г портландцемента тампонажного и 20 г микрокремнезема МК-85. Состав перемешивают три минуты, после чего определяют плотность, растекаемость. Раствор заливают в стакан консистометра КЦ-3, в собранный цилиндр тестера М 7120 и в формы для определения прочности камня на изгиб, сжатие и сцепление. Образцы до времени испытания хранят в термостате при температуре 75°С.
Приготовленный состав имеет плотность 1,82 г/см3, растекаемость 235 мм, время загустевания до 30 Bc - 202 мин, водоотдача за 30 мин - 429,6 см3, прочность сцепления - 1,8 МПа.
Примеры приготовления и испытания остальных составов, приведенных в таблице, аналогичны вышеописанному.
Для выявления отличительных признаков и положительного эффекта изменяли массовые соотношения компонентов.
Как видно из таблицы, заявляемый тампонажный раствор обладает пониженной водоотдачей в условиях умеренных температур (заявляемый 429,6 см3 , а прототип 1071,2 см3), нормальной плотностью (заявляемый 1,82 г/см3, прототип 1,89 г/см 3). Прочность сцепления камня с металлом 1,7 МПа (состав 2), а прототипа 0,6 МПа.
Добавка микрокремнезема МК-85 в количестве 0,4 мас.% (состав 8) приводит к уменьшению водоотдачи (160,1 см3) и высокой прочности сцепления (1,8 МПа), но при этом раствор обладает невысокой растекаемостью (180 мм) и временем загустевания 105 мин - время недостаточное для процесса цементирования. Минимальное количество микрокремнезема МК-85 (состав 7) не позволяет приготовить состав с пониженной водоотдачей (водоотдача 542,8 см3).
Предлагаемый тампонажный раствор позволяет повысить качество крепления скважин за счет увеличения прочности сцепления цементного камня с металлом обсадных труб, снижения водоотдачи в условиях повышенных температур при нормальной плотности тампонажного раствора.
Таблица | |||||||||||
Физико-механические свойства тампонажных растворов с добавками микрокремнезема МК-85 и сульфацелла при температуре испытания 75°С | |||||||||||
№ п/п | Состав раствора, мас.% | Плотность, г/см3 | Растекаемость, мм | Время загустевания до 30 Bc, мин | Водоотдача, см 3 за 30 мин | Прочность, МПа, 2 сут | |||||
цемент | МК-85 | сульфацелл | вода | изгиб | сжатие | сцепление | |||||
1 | 66,24 | 0,33 | 0,13 | 33,30 | 1,82 | 245 | 281 | 481,2 | 6,0 | 22,5 | 1,9 |
2 | 65,16 | 1,33 | 0,27 | 33,24 | 1,82 | 235 | 202 | 429,6 | 5,8 | 23,6 | 1,7 |
3 | 64,50 | 1,99 | 0,27 | 33,24 | 1,82 | 233 | 182 | 442,4 | 5,7 | 20,4 | 1,8 |
4 | 64,41 | 1,99 | 0,40 | 33,20 | 1,81 | 225 | 210 | 204,7 | 5,6 | 22,5 | 1,8 |
Запредельные значения | |||||||||||
7 | 66,50 | 0,10 | 0,13 | 33,27 | 1,82 | 250 | 300 | 542,8 | 6,0 | 23,0 | 1,6 |
8 | 62,42 | 3,98 | 0,4 | 33,20 | 1,83 | 180 | 105 | 160,1 | 4,3 | 12,4 | 1,8 |
Прототип | |||||||||||
68,35 | С-3 0,21 | 0,42 | 31,02 | 1,89 | 180 | 120 | 1071,2 | 6,2 | 21,4 | 0,6 |
Класс C09K8/467 содержащие добавки для особых целей