ТАМПОНАЖНЫЙ СОСТАВ Российский патент 2000 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к тампонажным составам, применяемым при бурении, в капитальном ремонте и ликвидации скважин.

Известны тампонажные цементные составы, основанные на введении различных минеральных химических добавок в обычный тампонажный цементный раствор. В качестве таких добавок используют углекислый калий (поташ), углекислый натрий (сода кальцинированная), хлорид калия, хлорид кальция, хлорид натрия (Р. С. Данюшевский, P. M. Алиев, И.Ф.Толстых. Справочное руководство по тампонажным материалам. - М.: Недра, 1987, с.51).

Недостатком известных технических решений является их низкая технологическая и экономическая эффективность.

Наиболее близким аналогом к составу является тампонажный состав, включающий цемент, воду и добавку нитрита натрия в количестве 2-10% на сухое вещество, при этом нитрит натрия может быть использован и в виде жидкого продукта - водного раствора (Р.С.Данюшевский и др. Справочное руководство по тампонажным материалам М., Недра, 1987, с. 24, 25, 46-51, 196).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного вещества, принятого за прототип, относят то, что в известном составе известное соединение нитрита натрия представляет собой индивидуальное соединение. Это способствует ускорению схватывания и твердения цементного раствора, однако образующийся при этом цементный камень имеет недостаточную прочность и слабую адгезию к различным поверхностям, что снижает качество цементирования.

Задачей изобретения является повышение прочности и адгезии образующегося цементного камня как к породе, так и к поверхности металла.

Техническим результатом является инициирование кристаллизации минералов цементного камня, который и способствует решению указанной выше задачи.

Указанный технический результат достигается тем, что состав, включающий цемент, воду и нитритнатриясодержащую добавку, в качестве указанной добавки содержит жидкость плотностью 1183 кг/м³ с концентрацией следующих компонентов, мас. %:
Нитрит натрия - 15,2-22,3
Нитрат натрия - 0,69-1,96
Сульфат натрия - 4,76
Хлорид натрия - 0,08-8,25
Карбонат натрия - 0,40-1,57
при следующем соотношении ингредиентов, мас. ч.:
Цемент - 100
Указанная добавка - 20-30
Вода - 20-30
Применяемая нитритнатриясодержащая добавка - продукт производства АО "Салаватнефтеоргсинтез" (ТУ 38.1021278 -90), представляет собой бесцветную, светло-зеленоватую или с зеленым оттенком прозрачную жидкость плотностью 1183 кг/м³. Выпускается три марки А, Б и В, причем марка Б подразделяется на два сорта - высший и первый. Массовая концентрация нитрита натрия составляет 180-290 г/дм³. Также она содержит нитрат натрия (7-20 г/дм³), хлорид натрия (0,8-90 г/дм³), сульфат натрия (50 г/дм³), карбонат натрия (4-16 г/дм³).

В соответствии с ГОСТ 12.11.007 по степени воздействия на организм относится к 3-му классу опасности. Исследования показали, что нитритнатриясодержащая добавка, добавленная в определенном количестве к цементу, приводит к инициированию кристаллизации минералов цементного камня. Например, концентрация добавки 10 мас. ч. еще недостаточна для создания дополнительных центров кристаллизации, поэтому прочностные свойства цементного камня остаются без изменения по сравнению с аналогичным показателем цементного камня без добавки.

При увеличении добавки выше 30 мас. ч. преобладающим становится взаимодействие щелочи, содержащейся в ее составе, с минералами клинкера с образованием растворимых силикатов и алюминатов натрия. Последнее приводит к разрушению связей в минералах клинкера и, как следствие, уменьшению прочности цементного камня.

Сравнение заявляемого тампонажного состава с прототипом показывает, что предлагаемый состав обладает новой совокупностью ингредиентов и их количественным соотношением. Поэтому заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна".

Поиск по отличительным признакам не выявил влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение вышеуказанного технического результата, следовательно, изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Для получения тампонажного состава нитритнатриясодержащую добавку смешивают с водой и полученной смесью затворяют цемент. Для испытания было приготовлено несколько предлагаемых составов с различными соотношениями ингредиентов.

В таблице 1 представлены показатели качества тампонажных составов: сроки схватывания, растекаемость, прочность при хранении. Измерение времени начала и конца схватывания проводили с помощью прибора Вика, растекаемость определяли по конусу АЗНИИ, прочность - по общепринятым методикам. Эксперименты проводили при 22±2^oC. Здесь же приведены характеристики состава по прототипу.

На основании полученных данных определены оптимальные с точки зрения требуемого комплекса свойств соотношения ингредиентов для предлагаемого состава, мас. ч.: цемент 100, вода 20-30, нитритнатриясодержащая добавка 20-30.

Как видно из таблицы, прочность предлагаемого состава (NN 3 и 4) как на изгиб, так и на сжатие, превышает прочность состава по прототипу. В таблице 2 представлены данные по адгезии цементного камня предлагаемого и известного составов к различным поверхностям. Показано, что наибольшей адгезией (в общем случае) обладают составы NN 3 и 4, содержащие цемента 100 мас. ч., нитритнатриясодержащей добавки (раствора) 20-30 мас. ч., воды 20-30. Полученные данные свидетельствуют о том, что по сравнению с прототипом предлагаемый состав обладает более высокими показателями качества цементного камня.

Применение заявленного состава в нефтедобывающей промышленности позволяет повысить качество цементирования при бурении, капитальном ремонте и ликвидации скважин, снизить затраты при проведении вторичного цементирования эксплуатационных колонн, улучшить охрану окружающей среды.

Состав может быть использован в нефтедобывающей промышленности при бурении, капитальном ремонте и ликвидации скважин. Техническим результатом является повышение адгезии и прочности цементного камня. Тампонажный состав содержит цемент, воду и нитритнатриясодержащую добавку, причем в качестве добавки он содержит жидкость плотностью 1183 кг/м³ с концентрацией следующих компонентов, мас. %: нитрит натрия 15,2 - 22,3, нитрат натрия 0,69 - 1,96, сульфат натрия 4,76, хлорид натрия 0,08 - 8,25, карбонат натрия 0,40 - 1,57, при следующем соотношении ингредиентов, мас. ч.: цемент 100, указанная добавка 20 - 30, вода 30 - 20. 3 табл.

Тампонажный состав, включающий цемент, воду и нитритнатриясодержащую добавку, отличающийся тем, что в качестве указанной добавки он содержит жидкость плотностью 1183 кг/м³ с концентрацией следующих компонентов, мас.%:
Нитрит натрия - 15,2 - 22,3
Нитрат натрия - 0,69 - 1,96
Сульфат натрия - 4,76
Хлорид натрия - 0,08 - 8,25
Карбонат натрия - 0,40 - 1,57
при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.:
Цемент - 100
Указанная добавка - 20 - 30
Вода - 20 - 30