тампонажный состав
Классы МПК: | C09K8/467 содержащие добавки для особых целей |
Автор(ы): | Ахрименко Вячеслав Ефимович (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кубанский государственный аграрный университет (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2007-06-26 публикация патента:
27.02.2009 |
Изобретение относится к области крепления нефтяных и газовых скважин. Технический результат - снижение проницаемости цементного камня и повышение его прочности в ранние сроки твердения при низких положительных температурах. Тампонажный состав включает портландцемент и жидкость затворения, содержащую воду, метилцеллюлозу, меламиноформальдегидную смолу, хлористый кальций и кремнегель, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: портландцемент 64,39-64,97, метилцеллюлоза 0,16-0,27, меламиноформальдегидная смола 0,16-0,27, хлористый кальций 1,05-5,24, кремнегель 3,5-5,24, вода - остальное. 1 табл.
Формула изобретения
Тампонажный состав на основе портландцемента и жидкости затворения, включающей воду, метилцеллюлозу, меламиноформальдегидную смолу и хлористый кальций, отличающийся тем, что жидкость затворения дополнительно содержит кремнегель при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Портландцемент | 64,39-64,97 |
Метилцеллюлоза | 0,16-0,27 |
Меламиноформальдегидная смола | 0,16-0,27 |
Хлористый кальций | 1,05-5,24 |
Кремнегель | 3,5-5,24 |
Вода | Остальное |
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области крепления нефтяных и газовых скважин и обеспечивает снижение газопроницаемости цементного камня при одновременном увеличении прочности на ранней стадии твердения.
Применение седиментационно-устойчивых, быстротвердеющих тампонажных растворов с образованием низкопроницаемого прочного цементного камня особенно необходимо при установке цементных мостов, для крепления низа промежуточных колонн, с целью предотвращения разрушения цементного кольца и сохранения его герметичности при продолжительных механических воздействиях.
В литературе [Ашрафъян М.О., Бартова А.В. «Опыт применения высокопрочных тампонажных составов на месторождениях ОАО «Юганскнефтегаз» // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - 1998. - №11. - С25-27] известен рецепт тампонажного состава с низкой водоотдачей, твердеющего с образованием прочного, безусадочного камня. В качестве стабилизатора тампонажного раствора авторы используют «Сульфацел-С» - водорастворимую сульфатцеллюлозу, а в качестве пластификатора - суперпластификатор С-3.
Недостатком указанного решения является то, что данная рецептура приемлема для цементирования скважин с температурой выше 50°С, так как предложенный понизитель водоотдачи является сильным замедлителем сроков схватывания тампонажных растворов.
Наиболее близким к заявленному решению является тампонажный состав [Ашрафьян М.О., Ризванов Н.М., Шахмаев З.М. и др. // А.С. 1411439, Е21В 33/138], содержащий портландцемент, меламиноформальдегидную смолу, метилцеллюлозу, хлористый кальций и воду.
Недостатком данного решения является значительная проницаемость цементного камня, что приводит к газопроявлениям и флюидоперетокам на ранней стадии эксплуатации скважин.
Техническим решением задачи является снижение проницаемости цементного камня и повышение его прочности в ранние сроки твердения при низких положительных температурах.
Поставленная задача достигается тем, что тампонажный состав на основе портландцемента и жидкости затворения, включающей воду, метилцеллюлозу, меламиноформальдегидную смолу и хлористый кальций, согласно изобретению дополнительно содержит кремнегель при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Портландцемент | 64,39-64,97 |
Метилцеллюлоза | 0,16-0,27 |
Меламиноформальдегидная | |
смола | 0,16-0,27 |
Хлористый кальций | 1,05-1,75 |
Кремнегель | 3,50-5,24 |
Вода | Остальное |
Новизна заявляемого технического решения заключается в том, что мелкодисперсный кремнегель кольматирует поровое пространство формирующейся структуры цементного камня, предупреждает образование фильтратопроводящих каналов и ускоряет процесс структурообразования, что обеспечивает получение низкопроницаемого прочного цементного камня.
При цементировании низкотемпературных скважин особенно необходимы тампонажные составы с малыми сроками твердения, образующие в период ОЗЦ (ожидаемое время затвердевания цемента) безусадочный прочный камень с низкой проницаемостью.
Тампонажиый раствор готовят путем смешивания портландцемента для нормальных температур с жидкостью затворения, содержащей метилцеллюлозу, меломиноформальдегидную смолу, хлористый кальций и кремнегель, так как кремнегель является новым признаком, то в примерах приведены его оптимальное и запредельное содержание, а остальные ингредиенты имеют постоянные оптимальные значения.
Пример 1. Готовят жидкость затворения путем последовательного растворения в 90 см3 (29,23%) воды 0,82 г (0,27%) метилцеллюлозы; 0,82 г (0,27%) меламиноформальдегидной смолы; 5,4 г (1,75%) хлористого кальция; 10,8 г (3,51%) кремнегеля и полученную жидкость затворения смешивают с 200 г (64,96%) портландцемента. После тщательного перемешивания с помощью высокооборотной электромешалки определяют технологические параметры раствора. Прочность камня и его газопроницаемость определяют после 2-суточного твердения в питьевой воде при 20±2°С. Растекаемость полученного тампонажного раствора 21 см, время начала схватывания 2 ч 35 мин, конец схватывания - 4 ч 40 мин. Прочность камня в 2-суточном возрасте на изгиб - 4,17 МПа, на сжатие - 9,45 МПа, а проницаемость камня составляет 0,215 мД.
Пример 2. Готовят жидкость затворения путем последовательного растворения в 90 см3 (28,98%) воды 0,51 г метилцеллюлозы (0,16%); 0,51 г меламиноформальдегидной смолы (0,16%); 3,25 г (1,05%) хлористого кальция, 16,3 г (5,24%) кремнегеля и полученную жидкость смешивают с 200 г (64,39%) портландцемента и после перемешивания определяют растекаемость (19 см), сроки схватывании - начало 2 ч 10 мин, конец схватывания 4 ч - 15 мин, прочность изг 5,38; сж 13,27 МПа, проницаемость 0,147 мД.
Пример 3. Готовят жидкость затворения путем последовательного растворения в 90 см3 (29,16%) питьевой воды 0,73 г (0,23%) метилцеллюлозы; 0,73 г (0,23%) меламиноформальдегидной смолы; 4,2 г (1,36%) хлористого кальция; 12,8 г (4,15%) кремнегеля и полученную жидкость смешивают с 200 г (64,80%) портландцемента. Полученный раствор и камень на его основе имеет следующие параметры: растекаемость - 21 см, начало схватывания - 2 ч 20 мин; конец схватывания - 4 ч 45 мин, изг4,40 МПа, сж 12,23 МПа, проницаемость - 0,193 мД.
Запредельные соотношения.
Пример 4. Аналогичным образом растворяют в 90 см3 питьевой воды (29,41%) 0,82 г (0,27%) метилцеллюлозы, 0,82 г (0,27%) меламиноформальдегидной смолы, 5,4 г (1,76%) хлористого кальция и 9 г (2,94%) кремнегеля. Полученный раствор смешивают с 200 г (65,35%) портландцемента, тщательно перемешивают и определяют технологические параметры раствора и камня на его основе. Растекаемость - 22 см, начало схватывания 4 ч 30 мин; конец схватывания - 6 ч 45 мин, изг2,8 МПа; сж 7,20 МПа, проницаемость 0,315 мД.
Пример 5. В 90 см3 питьевой воды (28,64%) растворяют 0,85 г метилцеллюлозы (0,27%); 0,85 г меламиноформальдегидной смолы (0,27%); 5,53 г хлористого кальция (1,76%); 17 г (5,41%) кремнегеля и полученную жидкость смешивают с 200 г (63,64%) портландцемента и определяют параметры раствора и камня. Оказалось, что при таком массовом содержании кремнегеля в цементном растворе растекаемость его всего 17 см, а время загустения 40 мин. Такой раствор считается нетехнологичным и прочностные характеристики камня на основе такого раствора не определяли.
Таким образом, из приведенных данных и данных таблицы следует, что разработанный тампонажный состав для цементирования скважин в условиях низких положительных температур является новым, обладает по сравнению с известными составами ускоренным твердением и его прочность в 2-суточном возрасте в 1,4 раза больше, чем у прототипа, а проницаемость в 2 раза меньше.
Состав тампонажного раствора | Растекаемость, см | Сроки охватывания, ч-мин. | Прочность цементного камня через 2 сут, МПа | Проницаемость камня через 2 сут, мД | |||||||
Портланд цемент | Меламино-формальдегидная смола | Хлористый кальции | Метил-целлюлоза | Кремнегель | Вода | начало | конец | изгиб | сжатие | ||
68,95 | - | - | - | - | 31,04 | 19 | 7-40 | 9-35 | 1,75 | 4,35 | 0,350 |
67,75 | 1,75 | 30,50 | 20 | 5-20 | 7-15 | 2,64 | 6,87 | 0,326 | |||
64,97 | 0,27 | 1,75 | 0,27 | 3,51 | 29,23 | 21 | 2-35 | 4-40 | 4,17 | 9,45 | 0,215 |
64,39 | 0,16 | 1,05 | 0,16 | 5,24 | 28,98 | 19 | 2-10 | 4-15 | 5,38 | 13,27 | 0,147 |
64,82 | 0,23 | 1,36 | 0,23 | 4,15 | 29,21 | 21 | 2-20 | 4-45 | 4,70 | 12,23 | 0,1930 |
Запредельные значения | |||||||||||
65,27 | 0,27 | 1,75 | 0,27 | 2,94 | 29,5 | 22 | 4-30 | 6-45 | 2,80 | 7,20 | 0,315 |
63,64 | 0,27 | 1,76 | 0,27 | 5,4 | 28,6 | 17 | Не определяли из-за большой вязкости | ||||
Прототип | |||||||||||
67,70 | 0,27 | 1,75 | 0,27 | - | 29,01 | 21 | 2-30 | 5-15 | 2,83 | 1 5-78 | 0,287 |
Класс C09K8/467 содержащие добавки для особых целей