ТАМПОНАЖНЫЙ СОСТАВ Российский патент 1994 года по МПК C09K7/02 

Изобретение относится к бурению и креплению нефтяных и газовых скважин.

Известен тампонажный состав, включающий тампонажный цемент, воду и полимер-метилоксипропилцеллюлозу (МОПЦ) или полиоксиэтилен (ПОЭ), понижающий водоотдачу [1].

Недостатком этого состава является снижение прочности цементного камня при длительном хранении и высокие фильтрационные параметры.

Известен тампонажный состав, содержащий в качестве добавки пирокатехин, пирогалол, кварцитин, морин, тиэтаноламин, моноэтаноламин (Отчет по х/д N 88.0944.90. Технология приготовления тампонажных составов и растворов с применением полимерно-электролитных химическиих реагентов для условий Западной Сибири, Краснодар, 1990, с. 39-42).

Однако тампонажные составы при использовании указанных добавок обладают следующими недостатками: нелинейный, экстремальный характер влияния на сроки схватывания. При малых концентрациях они замедляют начало схватывания. Эти добавки в 2-3 раза снижают прочность цементного камня в начале твердения.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является тампонажный состав, включающий тампонажный цемент, воду и добавку, понижающую водоотдачу. К такой добавке относится эфир целлюлозы марки ММЦ-БТР [2].

Этот состав обладает следующими недостатками: имеет растянутые, трудно регулируемые сроки схватывания, высокие показатели водоотдачи, проницаемости и недостаточные прочностные характеристики.

Цель изобретения - обеспечение ускорения твердения при сохранении прочностных характеристик и снижения проницаемости тампонажного камня.

Поставленная цель достигается тем, что тампонажный состав, включающий вяжущее, добавку и воду, в качестве добавки содержит продукт полимеризации мономера - диметилдиаллиламмонийхлорида - полимер ВПК-402 - при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Минеральное вяжущее 66,0-68,31
Полимер ВПК-402 0,17
Вода Остальное.

В работе использовался портландцемент по ГОСТ 1581-85 и полиэлектролит растворимый катионный марки ВПК-402, соответствующий требованиям ТУ 6-05-2009-86.

ВПК-402 представляет собой высокомолекулярное соединение линейно-циклической структуры. Эмпирическая формула элементарной ячейки ВПК-402: С₈Н₁₆Сl. Структурная формула элементарной ячейки ВПК-402
CH₂- -
Мол. м. элементарной ячейки ВПК-402 161,7 по международным атомным массам.

Полиэлектролит ВПК-402 неограниченно растворим в воде, негорюч, невзрывоопасен, малотоксичен, не имеет неприятного запаха.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Гидратационное твердение цемента на всех стадиях связано с химическими и физико-химическими процессами. Эффективным методом влияния на гидратационное твердение является использование активных добавок. Ускорение схватывания цементов при введении электролита - полимера ВПК-402 не сводится к электрокинематическим явлениям или коагуляции системы. Оно состоит в их влиянии на растворимость новообразований, а следовательно, на пересыщение и кинетику кристаллизации, в непосредственном участии в химическом процессе гидратации с возникновением новых высоководных комплексных гидратов, образование которых интенсифицирует диспергирование и ускоряет твердение, соизмеримое с эффектом введения какой-либо соли. Полимер ВПК-402, отличаясь большой молекулярной массой, повышает пластическую вязкость тампонажных растворов, уменьшает седиметрационные и контракционные явления в цементном кольце, повышает адгезию цементного камня к породе. Индифферентность ММЦ-БТР к минералам клинкера объясняется тем, что в их состав входят неионногенные мотоксильные и оксипропильные группы, не вступающие во взаимодействие с ионами Са²⁺, Аl³⁺, полимер ВПК-402, имеющий во внешней сфере ионы Сl^-, вступает во взаимодействие с ионами Са²⁺, Аl³⁺. Полимер ММЦ-БТР не образует связей с активными группами кристаллической решетки минералов клинкера, поэтому практически не влияет на сроки схватывания тампонажных растворов, в отличие от полимера ВПК-402, что нежелательно для "холодных скважин".

Анализ технических решений показывает, что полиэлектролит ВПК-402 в качестве компонента тампонажного раствора неизвестен, он применен впервые. В связи с тем, заявляемое решение соответствует критерию "существенные отличия".

Технология приготовления составов состоит в приготовлении раствора ВПК-402 и дальнейшем вводе цемента в эту смесь.

П р и м е р 1. Готовят тампонажный раствор, содержащий компоненты, мас. %:
Портландцемент 66,55 (399,3 г)
ВПК-402 0,17 (1,02 г)
Вода 33,28 (199,68 мл)
Приготовление тампонажного раствора осуществляют затворением вяжущего водным раствором ВПК-402, из полученного раствора определяют водоотдачу по ВМ-6 (см³/30 мин). Температура опыта 22^оС. Параметры полученного раствора и камня:
Плотность, кг/м³ 1870
Растекаемость, см 24
Сроки схватывания, ч-мин
начало 6-00
конец 8-00
Предел прочности при
твердении в агрессивной
воде (МПа) при изги-
бе/сжатии через 30 сут 9,0/33,2
через 180 сут 10,1/25,1
Водоотдача, см³/30 мин 25
Проницаемость, через 2 сут 6 x10^-5
мкм² через 9 сут 6 x10^-6
П р и м е р 2. Готовят тампонажный раствор, содержащий компоненты, мас. %: Цемент 68,31 (409,80 г) ВПК-402 0,79 (4,74 г) Вода 31,0 (186,00 мл)
Параметры полученного раствора и камня: Плотность, кг/³ 1870 Растекаемость, см 19 Сроки схватывания, ч-мин начало 1-15 конец 1-35
Предел прочности (МПа) при твердении в агрессивной среде, при изгибе/сжатии через 30 сут 10,2/42,7 через 180 сут 12,2/43,5 Водоотдача, см³/30 мин 13 Проницаемость, через 2 сут 2 x10^-5 мкм² через 90 сут 2 x10^-7
П р и м е р 3. Готовят тампонажный раствор, содержащий, мас.%: Цемент 67,51 (405,00 г) ВПК-402 1,0 (6,00 г) Вода 31,50 (189,00 мл)
Параметры полученного раствора и камня: Плотность, кг/м³ 1870 Растекаемость, см 20 Сроки схватывания, ч-мин начало 1-30 конец 1-45
Предел прочности (МПА) при твердении в агрессивной среде, при изгибе/сжатии через 30 сут 11,2/40,7 через 180 сут 12,5/42,5 Водоотдача, см³/30 мин 15 Проницаемость, через 2 сут 2x 10^-5 мкм² через 90 сут 2 x10^-6
Остальные параметры показаны в таблице.

Как видно из таблицы, добавки ВПК-402 позволяют получить тампонажный камень высокой прочности не только в ранние сроки твердения (2-е суток) и обеспечить сохранение высоких значений прочности при длительном (до 180 суток) хранении цементного камня.

При добавке ВПК-402 наблюдается снижение сроков схватывания при ускорении фильтрации тампонажного раствора. Эффект ускорения твердения прослеживается и при более длительном (3 мес.) сроке твердения, чем по прототипу.

Концентрации компонента ВПК-402 лежат в диапазоне 0,17-1,00 мас.%. При снижении концентрации ниже нижнего предела (0,17%) предлагаемый тампонажный раствор и образующийся из него тампонажный камень обладает низкими прочностными и высокими фильтрационными характеристиками. При увеличении концентрации ВПК-402 сверх 1% свойства раствора и камня мало улучшаются.

Таким образом, предложенный состав тампонажного раствора позволяет обеспечить высокое качество цементирования скважин, уменьшить случаи проявления межпластовых перетоков.

Использование: бурение и крепление нефтяных и газовых скважин. Сущность: тампонажный состав содержит, мас.%: вяжущее 66,00 - 68,31; полимер ВПК - 402 0,17 - 1,00; вода - остальное. Полимер ВПК-402 представляет собой продукт полимеризации мономера диметилдиалкиламмонийхлорида с мол.м. 161,7. 1 табл.

ТАМПОНАЖНЫЙ СОСТАВ, включающий вяжущее, добавку и воду, отличающийся тем, что он в качестве добавки содержит полимер ВПК-402 - продукт полимеризации мономера диметилдиаллиламмонийхлорида с мол. м. 161,7 - при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Вяжущее 66,00 - 68,31
Полимер ВПК-402 - продукт полимеризации мономера диметилдиаллиламмоний хлорида с мол.м.

161,7 0,17 - 4,00
Вода Остальное