ТАМПОНАЖНАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 1995 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к тампонажным материалам для крепления скважин.

Известна тампонажная композиция, включающая тампонажный портландцемент и асбестовое волокно [1]
Однако добавка асбестового волокна более 1,5% от массы цемента приводит к невозможности использования композиции для крепления скважин из-за резкого загустевания приготавливаемого раствора.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является тампонажная композиция, включающая тампонажный портландцемент, коротковолокнистый асбест и декстрин при определенном соотношении компонентов [2] Использование такой композиции повышает прочность сцепления цементного камня.

Недостатком известной композиции является ее многокомпонентность, усложняющая технологию получения в условиях буровой гомогенной смеси из-за отсутствия специальных дозирующих устройств. Кроме того, данная композиция не обеспечивает повышенного сцепления цементного камня вследствие специфического строения асбеста и вводимой добавки.

Сущность изобретения заключается в повышении технологичности при одновременном снижении хрупкости, увеличении сцепления камня и сопротивления фильтрации, что достигается введением в технологический процесс производства цемента на заводе вскрышной породы, получаемой при разработке асбестовых месторождений. Вскрышная порода подается в помольные мельницы одновременно с компонентами получаемого цемента и проводится их совместный помол.

Вскрышная порода в процессе производства асбеста образуется в больших количествах и вывозится в отвалы, применяется как обычная щебенка в строительстве. Вскрышная порода представляет собой раздробленную руду серо-зеленого цвета различной фракции. Химический состав породы, MgO 38,4; SiO₂ 38,2; Al₂O₃ 2,2; Fe₂O₃ 7,1; CaO 3,0. ППП-12,3. По минералогическому составу порода содержит около 1% свободного волокна хризотил-асбеста, 14% скрытого, порядка 70% других гидратных силикатов магния (серпентин, тальк), 13% минералов, содержащих магний и кремнезем, около 2% аморфного кремнезема. В результате помола породы с компонентами цемента вся масса трансформируется в микродисперсную структуру, поэтому асбест, содержащийся в породе, теряет свой армирующий эффект.

Проведенные исследования показали, что введение силикатов магния в портландцемент повышает эксплуатационные качества тампонажной композиции. Особенно эффективно они проявляют свои положительные свойства в тонкоизмельченном состоянии. В результате совместного помола породы с компонентами цемента образуется тампонажная композиция, содержащая добавку силикатов магния в микродисперсном состоянии. Поэтому при образовании камня проявляется эффект микронаполнителя, который сводится к тому, что высокодисперсные наполнители формируют в водоцементной системе дополнительные центры кристаллизации подложки. В этом заключается химический фактор [3] С другой стороны, введение микродисперсного наполнителя с повышенной удельной поверхностью, а значит и свободной поверхностной энергией (физический фактор), приводит к более активному взаимодействию с гидратными новообразованиями, повышению сцепления между ними. Все это в целом содействует ускорению твердения, повышению прочности и сопротивлению фильтрации воды через цементный камень [4] Введение микродисперсного наполнителя вызывает структурные изменения капиллярной и общей пористости в затвердевшей цементной пасте и сопровождается резким уменьшением их размеров и общего количества, что приводит к снижению фильтрации воды через затвердевший камень [5] т.е. повышению сопротивления фильтрации флюидов при разобщении пластов. Получаемый из тампонажной композиции цементный раствор при водоцементном отношении 0,5 хорошо прокачивается, имеет высокую консистенцию, проявляет тиксотропность и не расслаивается в статическом состоянии, имеет пониженный водоотстой.

Добавки, содержащие тальк, серпентин в тонкодисперсном состоянии повышают прилипаемость цементного камня (адгезия) к гладким поверхностям, придают ему гидрофобность и довольно высокую химическую стойкость [6] Согласно расчетам при добавке к цементу 8-10% породы в тампонажной композиции будет 1,5-1,7% микродисперсного асбеста, 6-8% магниевых силикатов (тальк, серпентин, который является аналогом талька).

Физико-механические свойства камня из тампонажной композиции определяли согласно действующим нормативным документам. Композицию готовили в ПО "Сухоложскцемент" в порядке выпуска опытной партии путем совместного помола компонентов цемента и добавки вскрышной породы, поставляемой с предприятий комбината "Ураласбест".

Полученную композицию затворяли на технической воде, перемешивали раствор и заливали в камеру специального стенда, в котором в течение суток формировали образец камня в условиях, близких к скважинным. Затем определяли хрупкость камня, сцепление его и сопротивление фильтрации. Параллельно готовили и испытывали известную тампонажную композицию.

П р и м е р 1. Определяют влияние добавки вскрышной породы на свойства камня, формируемого из предлагаемой композиции. Для этого 1000 г полученной в опытно-промышленных условиях композиции затворяют на 500 г технической воды и перемешивают раствор. Заливают его в камеру стенда и формируют 1 сут образец камня при 75^оС и 40 МПа. Затем определяют свойства камня.

П р и м е р 2. Определяют свойства камня из композиции по прототипу. Для этого 1000 г цемента перемешивают в сухом виде с 15,2 г хризотил-асбеста и 5 г декстрина. После получения равномерной смеси ее затворяют на 500 г технической воды, перемешивают раствор и заливают в камеру стенда. После твердения образца в течение 1 сут при 75^оС и 40 МПа определяют свойства камня.

Результаты всех испытаний приведены в таблице.

Как видно из таблицы, использование в процессе производства цемента добавки в виде вскрышной породы, получаемой при разработке месторождений асбеста, улучшает свойства цементного камня. Предлагаемая тампонажная композиция полностью производится на заводе, а равномерное перемешивание компонентов обеспечивается при их совместном помоле в мельницах.

Изобретение реализуют следующим образом. На цементном заводе готовят композицию и поставляют ее на буровые предприятия. При цементировании скважины затворением композиции на технической воде получают раствор и закачивают его в скважину.

Использование предлагаемой композиции позволяет исключить затраты ручного труда, так как композиция выпускается на заводе в полностью готовом для применения виде. Кроме того, улучшается качество разобщения вскрытых скважиной пластов вследствие формирования из композиции высококачественного цементного камня.

Использование: строительство скважин на нефть и газ. Сущность: тампонажная композиция содержит портландцемент и вскрышную породу месторождения асбеста. Вскрышную породу месторождения асбеста используют в количестве от 4,76 до 9,09% от массы тампонажной композиции. 1 табл.

ТАМПОНАЖНАЯ КОМПОЗИЦИЯ, содержащая портландцемент и добавку, отличающаяся тем, что в качестве добавки она содержит вскрышную породу месторождения асбеста при следующем соотношении ингредиентов, мас.

Портландцемент 90,91 95,24
Вскрышная порода месторождения асбеста 4,76 9,09