ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР Российский патент 1996 года по МПК E21B33/138 

Описание патента на изобретение RU2068490C1

Изобретение относится к созданию облегченных тампонажных растворов для цементирования обсадных колонн в глубоких нефтяных и газовых скважинах при наличии в геологическом разрезе многолетнемерзлых пород, а также пород, имеющих низкие градиенты давлений гидроразрыва.

При строительстве глубоких скважин в сложных термобарических условиях требуются облегченные тампонажные растворы с заданными технологическими свойствами, обеспечивающими процессы качественного цементирования обсадных колонн и надежной изоляции заколонного (межколонного) пространства.

Тампонажные растворы по плотности подразделяются на легкие (менее 1400 кг/куб.м), облегченные (1400-1650 кг/куб.м), нормальные (1650-1950 кг/куб.м) и т.д.

При наличии в геологическом разрезе горных пород с коэффициентом гидроразрыва 0,0165 МПа/м и менее требуется применение облегченного тампонажного раствора.

Кроме того, время загустевания тампонажного раствора должно обеспечить проведение технологических операций по цементированию в температурном интервале скважины.

При наличии в разрезе многолетнемерзлых пород, закачанный облегченный тампонажный раствор должен быть седиментационно-устойчивым, не образовывать "водяных" поясов и каналов в цементном кольце, а образующийся камень обладать морозостойкостью.

Известен тампонажный раствор, содержащий цемент, гидроксихлорид алюминия и воду (1). Соотношения компонентов в растворе в вес. частях следующие:
Цемент 100
Гидроксихлорид алюминия 0,77-1,77 (или 0,1-4,5% от веса сухого цемента)
Вода 26,55-58,94 (или 30-150% от веса сухого цемента).

Седиментационная устойчивость раствора равна 0,5-1% т.е. растворы дают большой водоотстой. В составе тампонажного раствора используют облегченное вяжущее. Кроме того, образующийся раствор не является морозостойким, что затрудняет его использование при низких температурах.

Наиболее близким по составу является тампонажный раствор (2), содержащий портландцемент тампонажный, ускоритель схватывания основной хлорид алюминия (ОХА) и воду при следующем соотношении компонентов, мас.

Портландцемент тампонажный 62-67
Основной хлорид алюминия 0,25-3,0
Вода остальное
Расчетная плотность этого состава составляет 1751-1884 кг/куб.м.

Оксихлорид алюминия, адсорбируясь на частицах клинкера, обеспечивает образование мелкодисперсных фракций, которые определяют прочность камня и его долговечность, поэтому в известном составе основной хлорид алюминия вводится с целью сокращения сроков схватывания и времени ожидания затвердения цемента при одновременном повышении долговечности камня.

Однако этот состав является раствором нормальной плотности, что ограничивает его применимость в интервалах пород, склонных к гидроразрывам и поглощению.

Кроме того, этот состав быстро загустевает при увеличении концентрации оксихлорида алюминия. Указанный недостаток приводит к осложнениям, понижающим качество крепления (неподъем тампонажного раствора до проектного значения, оставление цементных стаканов в колонне и т.д.).

Изобретение направлено на создание седиментационно-устойчивого состава тампонажного раствора для цементирования обсадных колонн и получения морозостойкого камня при сохранении его прочности.

Для достижения результата тампонажный раствор содержит ингредиенты при следующем соотношении, мас.

Портландцемент тампонажный 43,71-56,56
Основной хлорид алюминия 1,75-2,26
Вода Остальное
Расчетная плотность тампонажного раствора при этом соотношении ингредиентов составляет 1450-1620 кг/куб.м. Растекаемость раствора по конусу АзНИИ 23-30 см, коэффициент водоотделения, характеризующий седиментационную устойчивость равен 0,0% консистенция раствора обеспечивает его прокачивание при контакте с горными породами с температурой +75oC.

Для приготовления облегченного тампонажного раствора использовали портландцемент тампонажный марки ПЦТ-Д20-50, водопроводную воду и основной хлорид алюминия.

На фиг. 1 приведены результаты измерений консистенции (К) различных составов тампонажных растворов в процессе их перемешивания в косистометре КЦ-5 при повышении температуры от +20 до +75oC во времени ((τ).).

Основные технологические свойства облегченного тампонажного раствора и камня приведены в таблице 1, результаты испытаний раствора на морозостойкость представлены в таблице 2.

Облегченный тампонажный раствор приготавливается следующим образом.

П р и м е р 1. Для получения облегченного тампонажного раствора (состав N 1, табл.1) навешивает 2,26 г ОХА, которые растворяют в 41,18 г воды, затем затворяют 56,56 г тампонажного портландцемента. После 3 минут перемешивания замеряют плотность, растекаемость по конусу АзНИИ и определяют коэффициент водоотделения в вертикальном цилиндре (ГОСТы 26798.0-85 26798.2-85. Цементы тампонажные. Методы испытаний).

Полученный тампонажный раствор имеет плотность 1620 кг/куб.м, растекаемость 23 см и коэффициент водоотделения 0%
П р и м е р 2. Для получения облегченного тампонажного раствора (состав N 5, табл.1) навешивают 1,75 ОХА, который растворяют в 54,54 воды и затворяют 43,71 г тампонажного портландцемента.

Полученный тампонажный раствор имеет плотность 1450 кг/куб.м, растекаемость 30 см и коэффициент водоотделения 0,0% Раствор при +75oC не загустевает на протяжении 180 мин перемешивания (фиг. кривая 5), что позволяет его применять в нижней части скважины.

Увеличение содержания ОХА до 2,98 мас. при плотности облегченного тампонажного раствора 1450 кг/куб.м (состав N 8, табл.1) также не загустевает за 180 мин (фиг. кривая 8).

П р и м е р 3. Необходимо приготовить облегченный тампонажный раствор с временем загустевания при температуре +75oC не ранее 180 мин. Для этих целей подходит (состав N 7, табл.1). Время загустевания при температуре +75oC составляет 175 мин (фиг. кривая 7).

Как видно из табл.1, состав N 6 имеет плотность 1790 кг/куб.м, относится к раствору нормальной плотности, а не облегченный, не обеспечивает достижение поставленной задачи.

Кроме того, этот состав из-за повышенного содержания оксихлорида алюминия и малого количества воды быстро загустевает. Это наглядно представлено на фиг. 1, где приведены результаты измерений консистенции (К) различных составов тампонажных растворов в процессе их перемешивания в косистометре.

Время загустевания при заданной температуре регулируют изменением содержания оксихлорида алюминия. Для этого полученный раствор заливают в консистометр КЦ-5 или КЦ-3 и определяют время загустевания (время, в течение которого консистенция достигает 30 ед. К от момента затворения).

Как видно из фиг. 1 (кривая 6), исследуемый состав 1 имеет повышенную начальную консистенцию 38 единиц консистенции, а через 30 мин перемешивания консистенция достигнет 52 ед. К.

Время загустевания состава N 1 при температуре +75oC составляет 30 мин (фиг. кривая 1).

Проведены испытания образующегося камня при граничных значениях ингредиентов на морозостойкость.

Для испытаний формируются образцы-призмы из облегченного тампонажного раствора плотностью 1620, 1550 и 1450 кг/куб.м. После формирования камня определяется начальная прочность, а затем камень подвергается цикличному замораживанию при минус 5oC и оттаиванию при +20oC. Через каждые 5 циклов определяют прочностные характеристики образцов.

По результатам испытаний облегченный тампонажный камень, приготовленный согласно составов NN 1, 3 и 5 (табл.2) в процессе цикличного воздействия знакопеременных температур не разрушается. При этом происходит повышение прочности образцов во времени.

Облегченные растворы, выходящие за предельные значения ингредиентов образуют камень низкой прочности, разрушающийся при циклическом воздействии отрицательной температуры.

Введение в состав тампонажного раствора основного хлорида алюминия, снижает плотность раствора, повышает водосодержание и позволяет получить седиментационно-устойчивый облегченный тампонажный раствор плотностью 1450 кг/куб. м. Практически составы с оксихлоридом алюминия, представленные в табл.1 не образуют водоотстоя при выдерживании их в вертикальных цилиндрах.

При увеличении в растворе количества основного хлорида алюминия образуется быстро загустевающий раствор, который плохо прокачивается, а при уменьшении ОХА увеличивается водоотстой, раствор делается седиментационно неустойчивым и длительно не затвердевает.

Превышение граничных значений тампонажного портландцемента связано с увеличением плотности раствора, а снижение количества вяжущего приводит к увеличению сроков схватывания.

Использование облегченного тампонажного раствора позволит проводить операции по цементированию без поглощений, что обеспечит подъем тампонажного раствора до проектного значения, а цементирование в кавернозной части интервала многолетнемерзлых пород седиментационно-устойчивым тампонажным раствором, образующим морозостойкий камень, повысит качество крепления при снижении расхода тампонажного портландцемента.

Похожие патенты RU2068490C1

название год авторы номер документа
УТЯЖЕЛЕННЫЙ ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР 1996
  • Щербич Н.Е.
  • Баталов Д.М.
  • Кармацких С.А.
  • Каргапольцева Л.М.
  • Полубабкин В.А.
  • Сандаков А.В.
  • Ипполитов В.В.
  • Янкевич В.Ф.
RU2109924C1
МАГНЕЗИАЛЬНЫЙ ТАМПОНАЖНЫЙ МАТЕРИАЛ 2017
  • Анисимова Алиса Васильевна
  • Толкачев Георгий Михайлович
  • Козлов Александр Сергеевич
  • Шилов Алексей Михайлович
RU2663236C1
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ОБЛЕГЧЕННОГО ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА ПЛОТНОСТЬЮ 1450-1500 кг/м 2008
  • Фефелов Юрий Владимирович
  • Кузнецова Ольга Григорьевна
  • Чугаева Ольга Александровна
  • Девяткин Александр Михайлович
RU2385894C1
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ОБЛЕГЧЕННОГО ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА 2002
  • Татауров В.Г.
  • Чугаева О.А.
  • Кузнецова О.Г.
  • Фефелов Ю.В.
  • Акулов Б.А.
  • Зуева Н.А.
  • Сажина Е.М.
RU2215124C1
Расширяющийся тампонажный материал для низкотемпературных скважин 2023
  • Мельников Сергей Александрович
  • Самсоненко Наталья Владимировна
  • Мнацаканов Вадим Александрович
  • Сутырин Александр Викторович
RU2817368C1
ТАМПОНАЖНАЯ СМЕСЬ 2023
  • Речапов Данир Ахатович
  • Фляг Наталья Владимировна
  • Сенюшкин Сергей Валерьевич
  • Пермитин Андрей Геннадьевич
RU2807721C1
ОСНОВА УТЯЖЕЛЕННОГО ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА 2001
  • Рябоконь С.А.
  • Рябова Л.И.
  • Новохатский Д.Ф.
  • Нижник А.Е.
RU2194844C2
УТЯЖЕЛЕННЫЙ ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР 1999
  • Крылов Г.В.
  • Штоль В.Ф.
  • Щербич Н.Е.
  • Баталов Д.М.
  • Каргапольцева Л.М.
  • Щипанов В.П.
  • Фролов А.А.
  • Янкевич В.Ф.
  • Севодин Н.М.
RU2169252C1
Сухая смесь для приготовления расширяющегося тампонажного раствора 2019
  • Гасумов Рамиз Алиджавад-Оглы
  • Минченко Юлия Сергеевна
  • Швец Любовь Викторовна
RU2710943C1
Облегченная тампонажная смесь 2016
  • Речапов Данир Ахатович
  • Белей Иван Ильич
  • Коростелев Алексей Сергеевич
  • Кармацкий Сергей Александрович
RU2642897C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 068 490 C1

Реферат патента 1996 года ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР

Изобретение может быть использовано для цементирования обсадных колонн облегченными тампонажными растворами в глубоких нефтяных и газовых скважинах при наличии в геологическом разрезе многолетнемерзлых пород, а также пород, имеющих низкие градиенты давлений гидроразрыва. Тампонажный раствор содержит портландцемент тампонажный (43,71-56,56 мас. %), основной хлорид алюминия (1,75-2,26 мас. %) и воду (остальное). Состав имеет низкую плотность (облегченный тампонажный раствор), повышает водосодержание, седиментационно-устойчивый и может быть использован при низких температурах. 1 ил., 2 табл.

Формула изобретения RU 2 068 490 C1

Тампонажный раствор для цементирования обсадных колонн, содержащий портландцемент тампонажный, основной хлорид алюминия и воду, отличающийся тем, что раствор содержит указанные компоненты в следующем соотношении компонентов, мас.

Портландцемент тампонажный 43,71 56,56
Основной хлорид алюминия 1,75 2,26
Вода Остальное

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1996 года RU2068490C1

Томпонажный раствор 1985
  • Мариампольский Наум Акимович
  • Рябова Любовь Ивановна
  • Додонова Светлана Ефимовна
  • Вахрушев Леонид Петрович
  • Сабаев Ильдус Янузанович
  • Сурова Людмила Михайловна
  • Абрамов Сергей Аркадьевич
  • Ахметова Елена Тимофеевна
SU1435762A1
Выбрасывающий ячеистый аппарат для рядовых сеялок 1922
  • Лапинский(-Ая Б.
  • Лапинский(-Ая Ю.
SU21A1

RU 2 068 490 C1

Авторы

Рябова Л.И.

Сурова Л.М.

Баталов Д.М.

Щербич Н.Э.

Шарипов А.У.

Даты

1996-10-27Публикация

1992-06-25Подача