УТЯЖЕЛЕННЫЙ ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР Российский патент 2001 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к креплению нефтяных и газовых скважин, а именно к утяжеленным тампонажным растворам для цементирования в условиях аномально высоких пластовых давлений и температур.

Известны утяжеленные тампонажные растворы, содержащие портландцемент тампонажный, утяжеляющие добавки (баритовый концентрат, титановый концентрат и др. ) и воду /Каримов Н.Х. и др. Тампонажные смеси для скважин с аномальными пластовыми давлениями. - М.: Недра, 1977, с. 97/.

Недостатком известных утяжеленных тампонажных растворов при низком водосмесевом отношении является недостаточная растекаемость и преждевременное загустевание при повышенных температурах.

Наиболее близким к предлагаемому решению по составу и достигаемому результату является утяжеленный тампонажный раствор, включающий портландцемент тампонажный, утяжеляющую добавку - железорудный концентрат, пластификатор и воду /Пат. 2109924/.

Недостатки известного тампонажного раствора - небольшая растекаемость и снижение плотности в процессе их приготовления за счет воздухововлекающей способности применяемого пластификатора. Это ограничивает применение утяжеленного тампонажного раствора в интервале аномально высоких пластовых давлений и температур и осложняет работу насосного оборудования.

Задачей изобретения является улучшение основных технологических параметров утяжеленного тампонажного раствора, обеспечивающих безаварийный процесс цементирования обсадных колонн в интервале аномально высоких пластовых давлений и температур.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение плотности, увеличение растекаемости и времени загустевания при одновременном обеспечении сроков схватывания утяжеленного тампонажного раствора и прочности камня при умеренных и повышенных температурах.

Сущность изобретения заключается в том, что заявляемый утяжеленный тампонажный раствор, включающий портландцемент тампонажный, утяжеляющую добавку - железорудный концентрат, пластификатор и воду, в отличие от известного содержит в качестве пластификатора стабилизатор ацетально-спиртовый при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Портландцемент тампонажный - 22,22 - 37,04
Железорудный концентрат - 51,85 - 37,04
Стабилизатор ацетально-спиртовый - 0,74 - 0,15
Вода - Остальное
Таким образом, сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый утяжеленный тампонажный раствор отличается от известного введением нового компонента - стабилизатора ацетально-спиртового при вышеприведенном массовом соотношении компонентов. Использование стабилизатора ацетально-спиртового в составе утяжеленного тампонажного раствора не выявлено, т.е. заявляемое изобретение отвечает критерию "новизна".

Поскольку использование изобретения позволяет осуществить существующую потребность, заявляемое изобретение отвечает критерию "изобретательский уровень".

В качестве компонентов используют портландцемент тампонажный, железорудный концентрат из титано-ванадиевых магнетитовых руд, стабилизатор ацетально-спиртовый и пресную воду.

Железорудный концентрат соответствует высшим сортам утяжелителей по стандарту АНИ и ОСМА, плотность сухого порошка 4,6-5,0 г/см³, что обеспечивает утяжеление тампонажного раствора, благодаря высокой дисперсности порошка тампонажный раствор седиментационно устойчив и не расслаивается.

Стабилизатор ацетально-спиртовый оказывает высокий разжижающий эффект. В сочетании железорудного концентрата со стабилизатором ацетально-спиртовым обеспечивается прокачиваемость и устраняется преждевременное загустевание утяжеленного тампонажного раствора. Взаимодействуя в растворе с продуктами гидратации цемента, стабилизатор ацетально-спиртовый замедляет процесс коагуляционного структурообразования и кристаллизации, что ведет к увеличению времени загустевания и сроков схватывания при умеренных и повышенных температурах. В процессе приготовления не происходит вовлечения воздуха пластификатором (пенообразование), что позволяет получить утяжеленный тампонажный раствор плотностью до 2,26 г/см³.

Сравнительные данные свойств известного состава приведены в табл. 1, а заявляемого утяжеленного раствора в предельных и запредельных значениях компонентов - в табл. 2.

Утяжеленный тампонажный раствор готовят следующим образом. Необходимое количество стабилизатора ацетально-спиртового вводят в пресную воду. Затем на полученной жидкости при непрерывном перемешивании затворяют сухую смесь портландцемента тампонажного и железорудного концентрата в заданных соотношениях для получения утяжеленного тампонажного раствора требуемой плотности.

В представленных экспериментальных данных (табл. 2) использовали портландцемент тампонажный ПЦТ I-50 ГОСТ 1581-96, железорудный концентрат (ЖРК-1) ТУ 0708-029-00158754-97, стабилизатор ацетально-спиртовый (САС) ТУ 6-58-5751766-41-91 и водопроводную воду ГОСТ 2874-82. Плотность сухого порошка железорудного концентрата, определенная с помощью волюметра Ле-Шателье-Кандло, равна 4,61 г/см³.

Определение основных свойств утяжеленного тампонажного раствора и камня производили в соответствии ГОСТ 26798.1-96 "Цементы тампонажные. Методы испытаний". Определение плотности, растекаемости, водоотделения производили при температуре 20±2^oC и атмосферном давлении. Для условий умеренных температур испытания производили при 75±3^oC и атмосферном давлении, для условий аномально высоких пластовых давлений - при режимной температуре 100±5^oC и давлении 50±5 МПа. Растекаемость определяли с помощью формы-конуса, плотность - пикнометром, водоотделение - в мерных цилиндрах, время загустевания до консистенции 30 Вс - на консистометре КЦ-3, сроки схватывания - иглой Вика, прочность при изгибе и сжатии - на испытательной машине МИИ-100 и прессе П-10.

Пример 1. Для приготовления 1000 г утяжеленного тампонажного раствора (состав 1 табл. 2) необходимо взять 7,4 г стабилизатора ацетально-спиртового, ввести в 251,8 г воды. Затем 370,4 г цемента смешать с 370,4 г железорудного концентрата и полученную смесь затворить приготовленной жидкостью известными способами. Далее определяют свойства тампонажного раствора и камня.

Результаты испытаний заявляемых составов приведены в табл. 2. Приготовленный состав 8 имеет плотность 2,26 г/см³, растекаемость 24 см, водоотделение 2,5%. При температуре 100^oC и давлении 50 МПа время загустевания 3 ч 15 мин, прочность камня на изгиб - 2,9 МПа, на сжатие 10,1 МПа.

Примеры приготовления заявляемых составов в предельных значениях компонентов (составы 1-9) и запредельных значениях (составы 10-15) приведены в табл. 2 аналогично вышеописанному.

Для выявления отличительных признаков и положительного эффекта изменяли массовые соотношения компонентов в широком диапазоне. Как видно из результатов, заявляемый тампонажный раствор обладает по сравнению с прототипом более высокой плотностью от 2,12 до 2,26 г/см³ и большей растекаемостью 22-25 см, более длительными сроками загустевания, которые проявляются при граничных значениях стабилизатора ацетально-спиртового от 0,15 до 0,74 мас.%, железорудного концентрата от 37,04 до 51,85 мас.% и портландцемента от 22,22 до 37,04 мас. %, достаточной седиментационной устойчивостью при водосодержании от 25,18 до 25,78 мас.%. При этом технологические параметры (сроки схватывания, прочность камня и др.) обеспечивают применение тампонажного раствора.

При содержании в растворе железорудного концентрата менее 37,04 мас.% сокращается время загустевания при температуре 100^oC и давлении 50 МПа. Так при содержании в растворе железорудного концентрата 29,63 мас.% (состав 11 табл. 2) время загустевания составляет 30 мин, при содержании железорудного концентрата более 51,85 мас.% снижается прочность камня (состав 10 табл. 2).

При содержании в растворе стабилизатора ацетально-спиртового менее 0,15 мас. % (состав 12 табл. 2) сокращается время загустевания до 70 мин, а содержание более 0,74 мас.% (состав 13 табл. 2) приводит к увеличению водоотделения и снижению прочности камня, при 75^oC раствор не схватывается.

При увеличении водосодержания более 25,78 мас.% раствор становится седиментационно неустойчив (состав 14 табл. 2). Так при водосодержании 25,80 мас. % (состав 14 табл. 2) водоотделение 4,2%, а уменьшение водосодержания приводит к быстрому загустеванию.

Предлагаемый утяжеленный тампонажный раствор позволяет повысить качество крепления глубоких скважин и предотвратить газо-, нефте- и водопроявления, имеющие место при цементировании обсадных колонн в зонах аномально высоких пластовых давлений и температур.

Использование материалов - тампонажного портландцемента, железорудного концентрата, стабилизатора ацетально-спиртового и воды позволяет снизить затраты на строительство скважины.

Изобретение относится к креплению нефтяных и газовых скважин, а именно к утяжеленным тампонажным растворам для цементирования в условиях аномально высоких пластовых давлений и температур. Утяжеленный тампонажный раствор содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: портландцемент тампонажный 22,22-37,04, железорудный концентрат 51,85-37,04, стабилизатор ацетально-спиртовый 0,74 - 0,15, вода - остальное. Технический результат - повышение плотности, увеличение растекаемости и времени загустевания при одновременном обеспечении сроков схватывания утяжеленного тампонажного раствора и прочности камня при умеренных и повышенных температурах. 2 табл.

Утяжеленный тампонажный раствор, включающий портландцемент тампонажный, утяжеляющую добавку - железорудный концентрат, пластификатор и воду, отличающийся тем, что содержит в качестве пластификатора стабилизатор ацетально-спиртовый при следующем соотношении компонентов, маc.%:
Портландцемент тампонажный - 22,22 - 37,04
Железорудный концентрат - 51,85 - 37,04
Стабилизатор ацетально-спиртовый - 0,74 - 0,15
Вода - Остальное