ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР Российский патент 2000 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к строительству нефтяных и газовых скважин, в частности к тампонажным растворам, предназначенным для их крепления, и может быть использовано на предприятиях нефтяной и газовой промышленности.

Известен тампонажный раствор, содержащий в своем составе следующие ингредиенты, мас.ч.: цемент - 100; оксиэтилцеллюлоза (ОЭЦ) - 0,3-0,4; декстрин - 0,1-0,2; вода - 55-60. (см. Авт. свид. СССР N 1714089, кл. E 21 B 33/138, от 1989).

Недостатками известного тампонажного раствора являются низкая прочность образующегося камня и недостаточная подвижность тампонажного раствора в момент закачки.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности является тампонажный раствор, в состав которого входит, мас.ч.: цемент - 100; ОЭЦ - 0,25-0,5; оксинафтолинсульфокислотноформальдегиная смола (C-3) - 0,1-0,75; CaCl₂ - 3,0; вода - 50. ("Комплексные реагенты для обработки тампонажных растворов" В.М.Меденцев, А.К.Куксов, М.О.Ашрафьян, Ю.В. Гринько, журнал "Нефтяное хозяйство", N 7, 1997, с. 30).

Указанный тампонажный раствор предназначен для использования при температурных условиях от 60 до 100^oC.

Однако известный тампонажный раствор не обладает достаточной термостабильностью. При повышении температуры до 75^oC водоотдача указанного тампонажного раствора повышается в два и более раз. При таком уровне водоотдачи в период коагуляционного структурообразования известный тампонажный раствор не обеспечивает его устойчивости к прорыву пластовыми флюидами.

Кроме того, известный раствор обладает недостаточной седиментационной устойчивостью, что ведет к образованию вертикальных каналов в теле цементной оболочки.

Целью настоящего изобретения является повышение качества тампонажного раствора в условиях умеренных температур (до 100^oC) за счет снижения фильтрационных процессов в тампонажном растворе - водоотдачи и седиментации, путем придания термостабильности оксиэтилцеллюлозе, за счет повышения устойчивости раствора в период его коагуляционного структурообразования прорыву пластовых флюидов и за счет улучшения прокачиваемости тампонажного раствора путем снижения его структурной вязкости.

Поставленная цель достигается тем, что известный тампонажный раствор, содержащий цемент, оксиэтилцеллюлозу, добавку на основе полимерных смол и воду, в качестве добавки на основе полимерных смол он содержит меламиносодержащий продукт, а в качестве оксиэтилцеллюлозы - высоковязкие марки ОЭЦ, вязкость 2%-ного раствора которых составляет не менее 6000 МПа•с, при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.:
Цемент - 100
Указанная оксиэтилцеллюлоза - 0,3-0,5
Меламинсодержащий продукт - 0,5-1,0
вода - 40-50
Из патентной и научно-технической литературы нам неизвестны тампонажные растворы, содержащие совокупность указанных выше ингредиентов в предложенном количественном соотношении, что позволяет сделать вывод о новизне заявляемого технического решения.

Достижение поставленной цели изобретения обеспечивается, по-видимому, благодаря следующему.

Предлагаемый тампонажный состав за счет сочетания в нем меламинсодержащего продукта и высоковязкой ОЭЦ позволяет снизить водоотдачу тампонажной смеси, придав ей стабильность в условиях не только нормальных, но и умеренных температур. Это обеспечивается, по-видимому, благодаря образованию комплексных соединений с оптимальным соотношением гидрофильных и лиофильных реакционных групп, в результате чего они способны связывать свободную дисперсионную среду.

Известно, что ввод в тампонажный состав высоковязких ОЭЦ сильно загущает тампонажный раствор, что делает его практически непрокачиваемым. Добавки низковязких ОЭЦ, не загущая раствор, приводят к нерегулируемым срокам схватывания в условиях низких и умеренных температур, и для снижения водоотдачи добавки их в тампонажный раствор требуется примерно в два раза выше, чем высоковязких ОЭЦ. Кроме того, тампонажный раствор с добавками ОЭЦ не обладает температуростойкостью. При температуре более 50^oC оксиэтилцеллюлоза снижает водоудерживающую способность, что приводит к снижению седиментационной устойчивости и повышению водоотдачи.

Добавка в цементный раствор ОЭЦ меламинсодержащего продукта позволяет повысить термостабильность раствора.

А кроме того, неожиданно оказалось, что образующаяся в период коагуляционного структурообразования структура раствора становится более устойчива к прорыву пластовыми флюидами, т.е. будет устойчива к перепаду давлений между пластами. Это обеспечивается, по-видимому, за счет высокой кольматирующей способности образующегося комплексного соединения ОЭЦ с меламинсодержащим продуктом, а также за счет достаточно высокой вязкости жидкости в капиллярах.

Из существующего уровня техники нам неизвестно, что ингредиенты, входящие в предлагаемый тампонажный раствор, обеспечивают указанные выше свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Для приготовления заявляемого тампонажного раствора в лабораторных условиях были использованы следующие вещества.

1. Тампонажный портландцемент ГОСТ 1581-91, например, марки ПЦТ Д20-50 Горнозаводского цементного завода или ПЦТ Д0-100 Сухоложского цементного завода.

2. Оксиэтилцеллюлоза (ОЭЦ) высоковязких сортов (типа EHM, EHL).

3. Меламинсодержащий продукт: меламинформальдегидная смола марки МФАР (ТУ 6-05-1926-82), марки МС-Р100-С (ТУ 6-05-18-67-79), смесь на основе меламиновых смол марки ML-95.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующим примером.

Пример. Для получения заявляемого тампонажного раствора к 250 мл технической воды добавили 2 г ОЭЦ марки EHM, 3,5 г меламинформальдегидной смолы марки МФАР и после перемешивания в течение 0,5 ч к смеси добавили 500 г цемента, перемешивали 0,5 ч и получили тампонажный раствор со следующим содержанием ингредиентов, мас.ч.: цемент - 100; ОЭЦ - 0,4; меламинсодержащий продукт - 0,7, вода - 50.

Аналогичным образом готовили другие заявляемые растворы с различным соотношением ингредиентов.

Экспериментально было доказано, что добавка в раствор ОЭЦ меламинсодержащего продукта позволяет повысить термостабильность ОЭЦ (табл. 1).

В табл. 1 показано влияние на изменение водоотдачи растворов, приготовленных на пресной воде и на 40%-ном растворе хлористого кальция, который имитирует кальциевую среду цементного раствора. Аналогичный результат получен при совместной добавке в цементный раствор обоих компонентов (оксиэтилцеллюлозы и меламинформальдегидной смолы). Кроме того, что раствор приобретает термостабильность, за счет добавки меламинформальдегидной смолы значительно улучшаются реологические свойства тампонажного раствора. При высокой растекающей способности и низкой водоотдаче состав сохраняет свою подвижность в течение 3-х и более часов, при этом срок схватывания не превышает 10 часов.

В лабораторных условиях исследовали следующие свойства заявляемого и известного по прототипу тампонажных растворов: растекаемость тампонажного раствора (для замера использовали форму-конус и измерительную шкалу); показатель фильтрации (водоотдачу) (Ф₃₀, см³ при перепаде давления 0,7 МПа замеряли на фильтр-прессе OFI Testiing Equipment); время загустевания тампонажного раствора (замеряли на консистометре КЦ-5); сроки схватывания тампонажного раствора (прибор с иглой Вика); прочность на изгиб (прибор для испытания на изгиб образцов балочек МИИ-100); устойчивость цементного теста в момент "зависания" прорыву пластовыми флюидами (при перепаде давления 0,1-0,7 МПа замеряли на фильтр-прессе фирмы Baroid. Для этого в фильтрационную камеру фирмы "Бароид" заливался тампонажный раствор и выдерживался в состоянии покоя до периода коагуляционного структурообразования - до образования "теста". Затем сверху наливалась жидкость, имитирующая пластовый флюид, камера герметично закрывалась и подавалось давление от 0,1 до 0,7 МПа на 7 см столба цементного раствора. Способность цементного раствора выдерживать прорыв пластового флюида при определенном градиенте давления определялась по объему отфильтровавшейся жидкости и по объему жидкости, которую заливали сверху тампонажного раствора). Исследование указанных свойств тампонажных растворов проводилось в соответствии с требованиями, предъявляемыми ГОСТ 1581-96 и ГОСТ 26798.1-91.

По показателям растекаемости и времени загустевания тампонажных растворов судили о подвижности тампонажного раствора и времени, необходимом для обеспечения безаварийной доставки тампонажного раствора в скважину.

По изменению показателей фильтрации при температурах 20 - 75^oC судили о термостабильности раствора и снижении водоотдачи тампонажных растворов при этих температурах.

По времени схватывания тампонажного раствора оценивали соответствие его требованиям стандарта (ГОСТ 26798.1-91).

Изменение прочностных характеристик определяли по пределу прочности на изгиб.

По способности выдерживать определенный градиент давления (от 0,1 - до 0,7 МПа) в период коагуляционного структурообразования, а именно в период "зависания" тампонажного раствора, определяли устойчивость тампонажного раствора к прорыву пластовыми флюидами.

Данные о составе исследуемых тампонажных растворов приведены в табл. 2.

Данные о свойствах предлагаемого и известного по прототипу тампонажных растворов приведены в табл. 3.

Из табличных данных следует, что предлагаемый тампонажный раствор в условиях низких и умеренных температур обладает по сравнению с известным раствором следующими преимуществами: более высокой термостабильностью, низкими показателями фильтрации (водоотдачи и седиментационной устойчивости), обеспечением сопротивления прорыву пластовых флюидов в период коагуляционного структурообразования, более высокими реологическими показателями и консистенцией, позволяющей гарантировать безаварийную доставку тампонажного состава в скважину.

Для регулирования сроков схватывания и увеличения прочности тампонажного камня в предлагаемый тампонажный раствор рекомендуется вводить этилсиликатконденсат. Данные о свойствах этого раствора также приведены в табл. 3 (опыт 10).

Использование предлагаемого раствора в промысловых условиях позволит повысить качество цементирования скважин, исключить перетоки пластовых флюидов и вследствие этого снизить обводненность продукции скважины.

Кроме того, при высокой растекающей способности и низкой водоотдаче заявляемый тампонажный раствор сохраняет свою подвижность в течение 3-х и более часов, при этом срок схватывания не превышает 10 часов, что указывает на его высокую технологичность.

Экспериментально доказано, что предлагаемый раствор способен выдерживать градиент давления 7,0 - 10,0 МПа/м, не допуская прорыва пластовых флюидов в период коагуляционного структурообразования ("зависания") этого тампонажного состава, что исключает образование флюидопроводящих каналов в цементном тесте в период формирования тампонажного камня в заколонном пространстве. Известный же тампонажный раствор по прототипу выдерживает градиент давления не более 5 МПа/м даже в уже сформированном цементном камне.

Изобретение относится к области нефтедобычи. Технический результат - повышение качества раствора в условиях умеренных температур (до 100°С) за счет снижения водоотдачи, повышения термостабильности, повышения устойчивости раствора в период его коагуляционного структурообразования прорыву пластовых флюидов и улучшения прокачиваемости. Тампонажный раствор содержит, мас. ч: цемент 100, оксиэтилцеллюлозу 0,3-0,5, меламинсодержащий продукт 0,5-1,0, вода 40-50. В качестве меламинсодержащего продукта он содержит меламинформальдегидную смолу или смесь на основе меламиновых смол. Дополнительно раствор содержит кремнийорганический продукт - этилсиликатконденсат. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Тампонажный раствор, содержащий цемент, оксиэтилцеллюлозу, добавку на основе полимерных смол и воду, отличающийся тем, что в качестве добавки на основе полимерных смол он содержит меламинсодержащий продукт, а в качестве оксиэтилцеллюлозы - высоковязкие марки оксиэтилцеллюлозы, вязкость 2%-ного раствора которых составляет не менее 6000 МПа•с, при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.:
Цемент - 100
Указанная оксиэтилцеллюлоза - 0,3-0,5
Меламинсодержащий продукт - 0,5-1,0
Вода - 40-50
2. Тампонажный раствор по п.1, отличающийся тем, что в качестве меламинсодержащего продукта он содержит, например, меламинформальдегидную смолу или смесь на основе меламиновых смол. 3. Тампонажный раствор по п.1, отличающийся тем, что, с целью регулирования сроков схватывания, он дополнительно содержит кремнийорганический продукт, например этилсиликат - конденсат, при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.:
Цемент - 100
Указанная оксиэтилцеллюлоза - 0,3-0,5
Меламинсодержащий продукт - 0,5-1,0
Кремнийорганический продукт - 0,4-0,6
Вода - 40-50