реагент для тампонажного раствора, тампонажный раствор и способ цементирования скважин

Формула изобретения

1. Реагент для тампонажного раствора, включающий аморфную окись алюминия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит добавку ИР-1 на основе вулканической породы при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Аморфная окись алюминия	99,5-99,9
ИР-1	0,1-0,5

2. Тампонажный раствор, включающий цемент, воду и реагент, содержащий аморфную окись алюминия, отличающийся тем, что в качестве указанного реагента он содержит реагент по п.1 в количестве от 0,05 до 4,5% от массы цемента.

3. Тампонажный раствор по п.2, отличающийся тем, что он дополнительно содержит понизитель водоотдачи в количестве 0,2-0,8% от массы цемента.

4. Тампонажный раствор по п.2 или 3, отличающийся тем, что он дополнительно содержит пластификатор в количестве 0,1-5,0% от массы цемента.

5. Тампонажный раствор по любому из пп.2-4, отличающийся тем, что он дополнительно содержит пеногаситель в количестве 0,01-0,5% от массы цемента.

6. Способ цементирования скважины с использованием тампонажного раствора, включающего цемент, воду и реагент, содержащий аморфную окись алюминия, отличающийся тем, что в качестве тампонажного раствора используют тампонажный раствор по любому из пп.2-5.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли и используется в процессе крепления нефтяных и газовых скважин при приготовлении тампонажных растворов.

Известны добавки солей-ускорителей для тампонажного раствора, таких как CaCl₂, NaCl, AICI₃ и др., тампонажный раствор с этими добавками и способ цементирования с использованием тампонажного раствора, содержащего упомянутые добавки (Ахрименко В.Е., Широкородюк Т.В., Белый В.И. Цементные растворы для крепления низкотемпературных скважин // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - 2000. - №12. - С.16-18).

Но соли-ускорители и их композиции не удерживают свободную воду и содержат ионы хлора, вызывающие коррозию колонны скважины.

Известен реагент для тампонажных растворов, содержащий пентаоксихлорид алюминия 99,5-99,8 мас.% и суперпластификатор 0,2-0,5 мас.%. (Пат. №2129649 РФ), а также тампонажный раствор, в состав которого входят оксихлориды алюминия (А.с. №1328482 СССР).

Однако оксихлориды алюминия (в том числе пентаоксихлорид) не являются ускорителями сроков схватывания и загустевания тампонажных систем при температуре от -5°С до +40°С. Кроме того, они содержат ионы хлора, поэтому при использовании тампонажного раствора с оксихлоридами усилится коррозия обсадных труб.

Наиболее близким техническим решением является тампонажный раствор по пат. №2191251 РФ, в состав которого входят цемент, полианионная целлюлоза, этилсиликат и вода, дополнительно он содержит аморфную окись алюминия в количестве 0,2-3,0 мас.ч.

Данный раствор из-за отсутствия в его составе структурообразующей и расширяющей добавки не обеспечивает в процессе цементирования достаточную адгезию камня с колонной и породой и получение безусадочного камня однородной структуры с низкой пористостью.

Задачей изобретения является создание эффективного реагента для тампонажных растворов, являющегося структурообразователем-ускорителем, не содержащего агрессивного компонента (ионов хлора), обеспечивающего расширение тампонажной смеси и удержание свободной воды и работающего в диапазоне температур от -5°С до +40°С, а также тампонажного раствора и способа цементирования скважин, обеспечивающих хорошую адгезию камня с колонной и породой, получение безусадочного камня однородной структуры с низкой пористостью и высокой коррозионной стойкостью.

Сущность изобретения заключается в том, что реагент для тампонажного раствора, включающий аморфную окись алюминия, дополнительно содержит добавку ИР-1 на основе вулканической породы при следующем соотношении компонентов, мас.%:

аморфная окись алюминия	99,5-99,9
ИР-1	0,1-0,5

Тампонажный раствор содержит цемент, воду и заявляемый реагент в количестве от 0,05 до 4,5% от массы цемента.

Дополнительно указанный тампонажный раствор может содержать понизитель водоотдачи в количестве 0,2-0,8% от массы цемента, пластификатор в количестве 0,1-5,0% от массы цемента и пеногаситель в количестве 0,01-0,5% от массы цемента.

Сущность предлагаемого способа цементирования заключается в том, что цементирование скважины осуществляется с использованием заявляемого тампонажного раствора. Используемый при цементировании тампонажный раствор может дополнительно содержать понизитель водоотдачи в количестве 0,2-0,8% от массы цемента, пластификатор в количестве 0,1-5,0% от массы цемента, пеногаситель в количестве 0,01-0,5% от массы цемента.

Структурообразующая и расширяющая добавка ИР-1 выпускается по ТУ №5743-001-44628610-98 и содержит в мас.%: вулканическую породу (с соотношением оксид кремния: оксид алюминия более 3,5) - 40-85, гипс 10-35, доломит - 0-30, микрокремнезем 0-5, пластификатор 1-3.

В качестве понизителя водоотдачи могут использоваться метилцеллюлоза (МЦ) или оксиэтилцеллюлоза (ОЭЦ, Сульфацелл).

Пластификатором может служить реагент С-3, пеногасителями - известные реагенты ТБФ, Лапрол.

Новая заявляемая совокупность известных компонентов в пределах их содержания в смеси обеспечивает технический результат - способность реагента работать в составе тампонажного раствора при низких и отрицательных температурах, обеспечивать стабильность раствора и камня, способствовать получению в процессе цементирования с учетом геолого-технических характеристик скважины прочного безусадочного тампонажного камня с высокой коррозионной стойкостью. При этом за счет синергетического эффекта взаимодействия заявляемых компонентов друг с другом возникает гораздо большая способность водоудержания и набора прочности структуры тампонажного раствора и камня, не достигаемая при использовании реагентов в других композициях.

Улучшение названных показателей гарантирует повышение качества цементирования низкотемпературных скважин и скважин в мерзлоте, кондукторов, обеспечивает экономию материалов.

Реагент готовят путем постепенного ведения добавки ИР-1 в аморфную окись алюминия до расчетного количества. Затем смесь перемешивают до однородности. Реагент вводят в сухой цемент или в тампонажный раствор, который готовят известным способом затворения цемента водой. Может использоваться как бездобавочный цемент, например, марки ПЦТ G, так и добавочный - облегченный.

Примеры приготовления реагента:

Реагент №1 (Р-1) Для приготовления реагента Р-1 берут 99,9 мас.ч. аморфной окиси алюминия и постепенно добавляют 0,1 мас.ч. ИР-1, тщательно растирая и перемешивая смесь.

Реагент №2 (Р-2) Для приготовления реагента Р-2 берут 99,7 мас.ч. аморфной окиси алюминия и постепенно добавляют 0,3 мас.ч ИР-1, тщательно растирая и перемешивая смесь.

Реагент №3 (Р-3) Для приготовления реагента Р-3 берут 99,5 мас.ч. аморфной окиси алюминия и постепенно добавляют 0,5 мас.ч. ИР-1, тщательно растирая и перемешивая смесь.

Примеры приготовления тампонажного раствора

Пример 1. На 100 мас.ч цемента, например ПЦТ 1 G, берут 40 мас.ч. воды и 0,05 мас.ч. реагента Р-1. Раствор тщательно перемешивают.

Полученный тампонажный раствор и камень испытывают согласно существующим ГОСТам. Результаты испытаний представлены в таблице 1, опыт 1.

Пример 2. На 100 мас.ч. цемента, например ПЦТ1-100, берут 50 мас.ч. воды и 2 г реагента Р-2. Раствор тщательно перемешивают.

Полученный тампонажный раствор и камень испытывают согласно существующим ГОСТам. Результаты испытаний представлены в таблице 1, опыт 2.

Пример 3. На 100 мас.ч. цемента, например ПЦТ 1 G, берут 40 мас.ч воды и 4,5 г реагента Р-3. Раствор тщательно перемешивают.

Полученный тампонажный раствор и камень испытывают согласно существующим ГОСТам. Результаты испытаний представлены в таблице 1, опыт 3.

Пример 4. На 100 масс.ч цемента, например ПЦТ 1-100, берут 50 мас.ч. воды, 0,5 мас.ч. реагента Р-1, 0,2 мас.ч. ОЭЦ и 0,01 мас.ч. ТБФ. Раствор тщательно перемешивают.

Полученный тампонажный раствор и камень испытывают согласно существующим ГОСТам. Результаты испытаний представлены в таблице 1, опыт 4.

Пример 5. На 100 мас.ч. цемента, например ПЦТ 1-100, берут 50 мас.ч. воды, 1 мас.ч. реагента Р-2, 0,8 мас.ч. МЦ и 0,05 мас.ч. Лапрола. Раствор тщательно перемешивают.

Полученный тампонажный раствор и камень испытывают согласно существующим ГОСТам. Результаты испытаний представлены в таблице 1, опыт 5.

Пример 6. На 100 масс.ч цемента, например ПЦТ 1-100, берут 50 мас.ч. воды, 2 мас.ч. реагента Р-2, 0,4 мас.ч. Сульфацелла, 0,2 мас.ч С-3 и 0,5 мас.ч. Лапрола. Раствор тщательно перемешивают.

Полученный тампонажный раствор и камень испытывают согласно существующим ГОСТам. Результаты испытаний представлены в таблице 1, опыт 6.

Пример 7. На 100 мас.ч. цемента, например ПЦТ -об., берут 67 мас.ч. воды, 1 мас.ч. реагента Р-1 и 0,1 мас.ч С-3. Раствор тщательно перемешивают.

Полученный тампонажный раствор и камень испытывают согласно существующим ГОСТам. Результаты испытаний представлены в таблице 1, опыт 7.

Пример 8. На 100 мас.ч цемента, например ПЦТ-об., берут 67 мас.ч. воды, 3 мас.ч. реагента Р-3, 0,4 мас.ч. и 0,5 мас.ч С-3. Раствор тщательно перемешивают.

Полученный тампонажный раствор и камень испытывают согласно существующим ГОСТам. Результаты испытаний представлены в таблице 1, опыт 8.

Таблица 1
№ примера	Вид вяжущего	Добавки к цементу, мас. %				В/Ц	Д, см	, г/см3	Водоотделение, см3	Сроки схват., нач/кон, ч-мин	Прочность через 48 сут., МПа		Адгезия, МПа	Т, °С
		Реагент	Понизитель водоотдачи	Пластификатор	Пеногаситель						изг.	сжат.
1.	ПЦТ 1 G	Р-1 0,05	-	-	-	0,4	21,5	1,89	0,2	1-35 2-50	3,84	10,4	23,0	40
2.	ПЦТ1-100	Р- 22,0	-	-	-	0,5	20,5	1,82	0,15	1-55 2-30	3,85	11,15	21,0	40
3.	ПЦТ1 G	Р-3 4,5	-	-	-	0,4	21,5	1,85	0,1	3-45 4-00	2,1	8,1	20,0	5
4.	ПЦТ1-100	Р-1 0,5	ОЭЦ 0,2	-	ТБФ 0,01	0,5	21,5	1,82	0	5-10 6-05	2,4	3,5	18,0	25
5.	ПЦТ1-100	Р-2 1,0	МЦ 0,8	-	Лапрол 0,05	0,5	20,5	1,83	0	4-30 4-45	4,1	9,4	19,5	40
6.	ПЦТ1-100	Р-2 2,0	Сульфацелл	с-30,2	Лапрол 0,5	0,5	21,5	1,82	0	5-15 6-20	5,0	11,2	19,9	40
7.	ПЦТ-об.	Р-1 1,0		С-30,1		0,67	22,0	1,53	0,1	7-00 9-00	4,1	9,9	20,0	40
8.	ПЦТ-об.	Р-3 3,0		с-30,5		0,67	22,0	1,53	0,1	5-40 6-40	3,15	6,7	22,0	5
	Прототип					0,5	22,0	1,82	7,2	6-30 9-12	3,9	6,5	10,0	40
- температура проведения испытаний