РАСШИРЯЮЩИЙСЯ ТАМПОНАЖНЫЙ ЦЕМЕНТ Российский патент 1994 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к получению тампонажных растворов для цементирования скважин, располагающихся в пластах с флюидами, содержащими сероводород.

Известны цементы с повышенной прочностью и коррозионной стойкостью, включающие портландцемент, горелую породу и гексаметофосфат натрия, положительные свойства которых достигаются введением в их состав ингибитора коррозии [1] .

Недостатком состава подобного цемента является необходимость использования дефицитных и дорогостоящих компонентов. Кроме того, цемент не имеет расширения.

Наиболее близким к предлагаемому является расширяющийся тампонажный цемент, включающий портландцемент, гипс и расширяющуюся добавку - сульфоалюминатное гидравлическое вяжущее [2] , при следующем соотношении компонентов, мас. % : Портландцемент 75-85 Гипс 8-10 Сульфоалюминатное гидравлическое вяжущее 7-15
Недостатком этого состава цемента являются низкие антикоррозионные свойства, в частности низкая стойкость его против сероводородной агрессии.

Цель изобретения - повышение стойкости к сероводородной агрессии при одновременном исключении усадки цемента.

Предлагаемый состав готовят совместным помолом компонентов с последующем затворением при водоцементном отношении 0,54 до полной гомогенизации раствора при 10-70^оС.

Для оценки эксплуатационных свойств цемента были проведены опыты, режимы и технология которых приведены ниже.

П р и м е р. Для определения стойкости цемента к сероводороду были изготовлены образцы цилиндрической формы, состоящие из стального сердечника и покрывающей его цементной оболочки. Сердечник изготовлен из трубной стали. Формирование цементной оболочки производилось при 75^оС в течение 24 ч. Для исключения продвижения фронта коррозии в осевом направлении торцы оболочек цементного камня покрывались краской. Образцы выдерживались в природном газе, содержащем 4,5-6% сероводорода, в течение 6 мес при давлении 13 МПа.

В процессе испытаний цементов на сероводородостойкость определялись их тампонажно-технические свойства по ГОСТ 1581-85 (водоцементное отношение В/Ц, растекаемость, сроки схватывания, плотность). Расширение определяли по ТУ 21-26-7-90.

Коррозионная стойкость цементного камня характеризовалась коэффициентом коррозионной стойкости (ККС), который определялся как отношение предела прочности при сжатии для материала образцов, испытанных в агрессивной среде, к аналогичному показателю для контрольных образцов. Те и другие изготавливались одновременно, контрольные образцы хранились в течение всего времени испытаний в воде. ККС является критерием сравнительной стойкости цементов. Цемент признается стойким к агрессии и долговечным при величине ККС, равной или более 0,8, менее 0,8 считается нестойким в данной среде.

Указанная цель достигается тем, что расширяющийся тампонажный цемент, содержащий портландцемент, сульфосодержащий компонент, сульфоалюминатное гидравлическое вяжущее, с целью повышения стойкости камня к сероводородной агрессии при одновременном исключении усадки, содержит компоненты при следующем их соотношении, мас. % : Портландцемент 7-14
Сульфоалюминатное гидравлическое вяжущее 73-87
Сульфосодержащий компонент 6-13 причем сульфоалюминатное гидравлическое вяжущее имеет следующий фазовый состав, мас. % :
Сульфоалюминат кальция 15-30
Двухкальциевый силикат 67-75 Двухкальциевый феррит 3-10
В качестве сульфосодержащего компонента используют двуводный гипс, фосфогипс, борогипс и др.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что предлагаемый состав отличается от известного соотношением компонентов, что обеспечивает появление нового эффекта - повышенной стойкости к сероводороду и исключает усадку цемента в процессе его твердения.

Принципиальным и существенным отличием от известного решения является в данном случае максимальное содержание сульфоалюминатного клинкера и его фазовый состав, обеспечивающий достижение поставленной цели.

Таким образом, предлагаемый состав и соотношение компонентов позволяют получить тампонажный цемент с новыми свойствами, что дает возможность сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия".

Результаты испытаний цемента с различным (граничными и средними) содержанием компонентов приведены в таблице. Для сравнения в этой же таблице приведены результаты испытаний прототипа, а также тампонажного портландцемента в тех же условиях.

При этом приняты обозначения: ПЦ-портландцементный клинкер, СК-сульфоалюминатный клинкер, ССК-сульфосодержащий компонент, С-сульфоалюминат кальция, ДС-двухкальциевый силикат, ДФ-двухкальцевый феррит, ρ -плотность цементного камня, σ -предел прочности на сжатие, ККС-коэффициент коррозионной стойкости.

Анализ результатов испытаний цементов, как видно из таблицы, показывает, что
тампонажно-технические свойства цементов предложенного состава отвечают требованиям ГОСТ 1581-85 и ТУ 21-26-7-90;
ККС предложенного состава гораздо выше величины 0,8 и составляет 1,5-3,2, а ККС прототипа в аналогичных условиях составляет 0,13. Следует отметить, что ККС тампонажного портландцемента в этих же условиях составляет 0,02.

Предлагаемый состав изготавливается на обычных цементных заводах с использованием стандартного оборудования и распространенного сырья.

Положительные свойства предлагаемого состава способствуют увеличению долговечности колонны обсадных труб при одновременном сохранении ее герметичности. Все это исключает появление межпластовых перетоков и не требует проведения подземного капитального ремонта в процессе эксплуатации скважины.

Тампонажный цемент содержит, мас. % портландцемент 7 - 14; сульфосодержащий компонент 6 - 13; сульфоалюминатное гидравлическое вяжущее 73 - 87. Сульфоалюминатное гидравлическое вяжущее имеет следующий фазовый состав, мас. % : сульфоалюминат кальция 10 - 30; двукальциевый силикат 67 - 75; двукальциевый ферит 3 - 10. В качестве сульфосодержащего компонента можно использовать двуводный гипс, или фосфогипс, или борогипс. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

1. РАСШИРЯЮЩИЙСЯ ТАМПОНАЖНЫЙ ЦЕМЕНТ, содержащий портландцемент, сульфосодержащий компонент, сульфоалюминатное гидравлическое вяжущее, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости камня к сероводородной агрессии при одновременном исключении усадки, он содержит компоненты при следующем их соотношении, мас. % :
Портландцемент 7 - 14
Сульфоалюминатное гидравлическое вяжущее 73 - 87
Сульфосодержащий компонент 6 - 13
причем сульфоалюминатное гидравлическое вяжущее имеет следующий фазовый состав, мас. % :
Сульфоалюминат кальция 15 - 30
Двухкальциевый силикат 67 - 75
Двухкальциевый ферит 3 - 10
2. Цемент по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сульфосодержащего компонента он содержит двуводный гипс, фосфогипс или борогипс.