ТАМПОНАЖНЫЙ ПЕНОЦЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ДЛЯ ТАМПОНАЖНОГО ПАКЕРА ИЛИ МОСТА Российский патент 1997 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано в качестве тампонажного состава для установки тампонажного пакера или моста в стволе нагнетательной и эксплуатационной скважин.

Известен газонаполненный состав для изоляции водопритока в скважину, где вспененный полимерный состав дополнительно содержит поверхностно-активное вещество (ПАВ) [1]
Недостатками данного состава являются невысокая прочность тампона и невозможность его полного удаления.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является композиция для приготовления пеноцементного тампонажного раствора, содержащая цемент, сульфонил и воду, отличающаяся тем, что при степени аэрации 6-8 композиция дополнительно содержит карбамид-формальдегидную смолу [2]
Недостатками известной композиции являются низкая устойчивость пеноцементного раствора при малых значениях (меньше 3) кратности пены, а также невозможность полного удаления пеноцементного раствора после его схватывания.

Целью изобретения является повышение устойчивости пеноцементного состава, имеющего кратность пены от 1,6 до 2,1, а также увеличение скорости разрушения пеноцементного камня (в случае необходимости).

Поставленная цель достигается тем, что в тампонажном пеноцементном составе для тампонажного пакера или моста, содержащем цемент, ПАВ и воду, согласно изобретению, состав с кратностью пены 1,6-2,1 дополнительно содержит мел при следующем соотношении компонентов, мас.ч. цемент 37-60, мел 7 -30, синтанол 0,5, вода 33.

Для установки тампонажного пакера или моста предусмотрена закачка тампонажного состава в интервал разобщения с уравновешиванием его столбов в заливочной колонне и кольцевом пространстве. При этом для исключения соединения и загрязнения забоя (коллектора) скважины тампонажным составом необходимо приблизительное равенство плотностей скважинной жидкости и тампонажного состава. Предел колебаний плотности скважинной жидкости в регионе Урало-Поволжья составляет от 0,85 (нефть) до 1,18 (пластиковая вода). Такие же плотности должен иметь тампонажный состав, используемый для установки разделительного моста по балансному методу. При этом плотность 1,18 соответствует кратность пеноцемента, равная 1,6, а плотности 0,85 кратность пеноцемента, равная 2,1. Известно, однако, что пеноцемент с кратностью пены меньше 3 неустойчив, т.е. при кратности 1,6-2,1 происходит расслоение (всплытие пузырьков) пеноцемента. Для преодоления этого несоответствия предложен тампонажный пеноцементный состав с добавкой порошка мела. Состав, который обеспечивает надежное уплотнение интервала разобщения, содержит мел от 7 до 30 ч. порошка мела на 100 ч.тампонажного пеноцемента. Суть предлагаемого технического решения заключается в том, что введение в тампонажный пеноцементный состав порошка мела приводит к появлению дополнительного свойства повышение устойчивости пеноцементного состава при малых (меньше 3) значениях кратности. Кратность пены отношение высоты вспененного тампонажного состава к высоте невспененного (исходного) раствора в мерном цилиндре. Устойчивость (в) способность вспененного тампонажного состава сохранять первоначально достигнутую высоту столба в мерном цилиндре (в пробирке) в течение срока схватывания. Появление дополнительного свойства - повышение устойчивости тампонажного пеноцементного состава при введении мела обусловлено тем, что основная часть порошка мела скапливается в узлах ячеек пеноцемента, препятствуя тем самым стеканию цементной пленки со стенок ячеек в эти узлы, т.е. препятствует утонению (с последующим разрывом) стенок ячеек (пузырьков) пены. Ячейки в структуре любой пены скреплены в узлах соприкосновения, т.е. неподвижность воздушных пузырьков в устойчивой пене обеспечивается соприкосновением пузырьков, с образованием "каркаса". Появление дополнительного свойства пеноцемента после введения порошка мела не было предвидимым. Мел, как известно, инертен по отношению к воде и цементу. Свойства стабилизатора пеноцемента порошок мела проявляет в конкретном составе, в частности, при использовании в качестве ПАВ синтанола. Кроме этого, особенности структуры пеноцемента с добавками порошка мела определяют его быструю разрушаемость при контакте с кослотами. Проявлению этого свойства пеноцементного состава (после его схватывания) способствует вышеуказанная особенность структуры наличие порошка мела в узлах ячеек непоцементного камня. Отличительной особенностью данного состава является то, что при контакте пеноцементного камня с кислотой происходит лишь частичное растворение цементного камня, тем не менее приводящее к полному разрушению уплотняющего элемента тампонажного пакера или моста. Пеноцементный камень быстро разрушается до состояния суспензии за счет реагирования кислоты с порошком мела в узлах соприкосновения (скрепления) ячеек. Растворение, как начальный процесс, обеспечивает доступ кислоты в замкнутые ячейки пеноцемента, вызывая разрушение всей твердой структуры пеноцементного камня. Разрушению камня способствует выделяющийся при реакции углекислый газ, который вступчивают пеноцементный камень. Основная часть разрушенного камня в виде суспензии оседает в отработанной кислоте, а не растворяется с поверхности камня постепенно слой за слоем, как это происходит при контакте обычного цементного камня с кислотой. В этом отличие предлагаемого тампонажного пеноцементного камня с добавками мела для пакера или цементного моста. Эта особенность позволяет в случае необходимости быстро разрушить уплотняющий элемент пакера или цементного моста. Скорость разрушения пеноцементного состава с добавками мела возрастает в 3 раза по сравнению со скоростью растворения невспененных составов, содержащих мел в тех же количествах.

Пример конкретного исполнения.

Приготовление тампонажного пеноцементного состава производили с использованием в качестве поверхностно-активного вещества синтанола АЛМ-10. Количество синтанола во всех образцах пеноцементного состава было одинаковым и составляло 05% Водоцементное отношение было также постоянным и равнялось 0,5. Вначале готовили раствор синтанола в воде, смешивали цемент с порошком мела. Вспенивание тампонажного состава осуществляли при перемешивании на лопастной мешалке в течение 5 мин. Также готовили контрольное (невпененные) образцы тампонажных составов с добавками мела, но без синтанола. Сразу после перемешивания определяли плотность (кратность пены) и устойчивость во время срока схватывания. Если устойчивость тампонажного пеноцементного состава была меньше 100% т.е. пеноцемент за время схватывания расслаивался или давал большую усадку за счет удаления пузырьков воздуха, то такие образцы не испытывались и в результатах испытаний не отражались. Образцы, полученные после определения устойчивости, использовали для определения скорости разрушения при контакте с 15%-ным раствором соляной кислоты. Скорость разрушения образцов определяли по потере их массы в кислоте путем периодического взвешивания.

Свойства тампонажного пеноцементного состава представлены в таблице.

Как видно из данных таблицы, при изменении содержания мела от 7 до 30 мас. ч. на 100 ч. тампонажного состава устойчивость пеноцементного состава достигает 100% Нижний предел содержания мела 7 ч. на 100 ч. состава обусловлен плотностью состава 1,18, что соответствует кратности пены 1,6. Верхний предел содержания мела -30 ч. определен плотностью пеноцементного состава -0,85 и с кратностью пены 2,1. Таким образом, изменение содержания мела от 7 до 30 мас. ч. на 100 ч. пеноцементного состава обеспечивает регулирование плотности тампонажного состава от 1,18 до 0,85, что позволяет использовать предлагаемый состав для разобщающего пакера или установки цементного моста в нагнетательных и эксплуатационных скважинах. Тампонажный пеноцементный состав после затвердевания пеноцементный камень быстро разрушается при контакте с 15% -ным раствором соляной кислоты. Образец, изготовленный из обычного цементного раствора, начинает заметно растворяться только через 240 мин. За время испытаний (1500 мин) потеря массы этого образца составила всего 23% от исходной, т.е. образец сохранился как твердое тело, потеряв на четверть свою первоначальную массу. Добавление порошка мела в цементный раствор ускоряет растворение. Но как указывалось выше, происходит постепенное растворение образца без его разрушения как целостного твердого тела. Образцы, изготовленные из пеноцемента с добавкой мела, ведут себя в кислоте совсем по другому. Происходит не только растворение, но и разрушение образца, сопровождающееся вспучиванием и созданием камня. При этом большая часть образца оседает в виде суспензии, т.е. пеноцементный камень при контакте с кислотой теряет свою целостность (разрушается) и из твердого тела превращается в легкоподвижную (насыщенную углекислым газом) суспензию. Это новое качество предлагаемого тампонажного пеноцементного состава с добавкой мела. Таким образом, скорость растворения вспененных образцов тампонажного состава с добавками мела увеличивается в среднем в 3 раза. Например, в строке 5 приведено время разрушения невспененного образца 35 мин, а в строке 5а время разрушения вспененного образца одинакового состава 10 мин, т.е. скорость вспененного образца в 3,5 раза превышает скорости растворения невспененного образца.

Применение предлагаемого тампонажного пеноцементного состава позволяет устанавливать в стволе обсадной колонны герметичные тампонажный пакер или мост.

Использование: крепление скважин и разобщение пластов. Сущность: тампонажный пеноцементный состав получают смешением исходных ингредиентов при соотношении,мас.ч.: цемент 37-60, мел 7-30, синтапол 0,5 и вода 38. 1 табл.

Тампонажный пеноцементный состав для тампонажного пакера или моста, содержащий цемент, поверхностно-активное вещество и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит мел, а в качестве поверхностно-активного вещества синтанол при следующем соотношении исходных ингредиентов, мас.ч.

Цемент 37 60
Мел 7 30
Синтанол 0,5
Вода 38в