ОСНОВА УТЯЖЕЛЕННОГО ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА Российский патент 2002 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к тампонажным составам, используемым при цементировании обсадных колонн нефтяных и газовых скважин в интервале аномально высоких пластовых давлений (АВПД) и температур от 22 до 120^oС.

Известен утяжеленный тампонажный состав, содержащий портландцемент, шлак и утяжеляющую добавку - железорудный концентрат (УЦГ, УШЦ) (Новохатский Д.Ф. Специальные тампонажные материалы, Бурение, 6, М. 1972 г. с. 14).

Известен утяжеленный тампонажный раствор, включающий портландцемент, утяжеляющую добавку и воду (цемент, барит 50:50) (Тампонажные смеси для скважин с аномальными давлениями., Каримов Н.Х., Хахаев Б.Н. и др. М.:Недра, 1977 г. с. 97).

Недостатком известных утяжеленных растворов является преждевременное загустевание, уменьшение времени прокачивания, большой водоотстой - седиментационная неустойчивость системы и снижение плотности до 2,2 г/см³.

Ближайший из аналогов - основа утяжеленного тампонажного раствора, состоящая из портландцемента, утяжеляющей добавки и реагента регулятора сроков схватывания. Патент РФ 2109924, Е 21 В 33/138, 2000 г.

Недостатками этой основы утяжеленного тампонажного раствора являются большое водоотделение (до 2,0%) - седиментационная неустойчивость, низкая адгезия, низкие прочностные характеристики тампонажного камня при температурах до 75^oС, вспенивание раствора во время его приготовления.

Задачей изобретения является создание основы утяжеленного тампонажного раствора, обеспечивающего безаварийный процесс цементирования обсадных колонн в зоне аномально высоких пластовых давлений, рапы, минерализованной воды, пресной воды за счет повышения седиментационной устойчивости, раннюю прочность тампонажного камня в широком диапазоне температур от 35 до 120^oС, высокую плотность - до 2,5 г/см³, при одновременном обеспечении остальных технологических параметров раствора и камня - водоотдача, прокачиваемость, адгезия, коррозионная стойкость.

Поставленная цель достигается за счет того, что основа утяжеленного тампонажного раствора, включающая тампонажный портландцемент с регулятором технологических свойств и утяжеляющую добавку, содержит в качестве утяжеляющей добавки Магбар, представляющий гомогенную смесь 1 мас.ч. магнетита и 1 мас.ч. барита при следующих соотношениях ингредиентов, мас.%:
Указанный портландцемент - 25-40
Магбар - 60-75
Регулятор технологических свойств - 0-4% от веса портландцемента
Основа утяжеленного тампонажного раствора в качестве регулятора технологических свойств может содержать расширяющуюся добавку оксида магния MgO, оксида кальция СаО, гипса в количестве 0-4% от веса портландцемента.

Основа утяжеленного тампонажного раствора в качестве регулятора технологических свойств может содержать понизитель водоотдачи тампонажного раствора сульфоцелл, карбоксиметилцеллюлозу - КМЦ в количестве от 0-1,0% от веса портландцемента.

Основа утяжеленного тампонажного раствора в качестве регулятора технологических свойств содержит реагенты замедлители - пластификаторы нитрилотриметиленфосфоновую кислоту НТФ, С-3 в количестве 0-0,5% от веса портландцемента.

Основа утяжеленного тампонажного раствора содержит понизитель водоотдачи тампонажного раствора сульфацелл, КМЦ или другие реагенты в количестве от 0 до 1,0% от массы цемента.

Основа утяжеленного тампонажного раствора содержит замедлители-пластификаторы НТФ, С-3 и др. в количестве 0-0,5% от массы цемента.

Утяжелитель баритово-магнетитовый (Магбар) на базе Лебединского ГОК железорудного концентрата изготавливается по ТУ 39-00147001-185-99 на Ильском заводе "Утяжелитель" при ОАО "НПО" "Бурение" (а.с. 1006468 и а.с. 1213060) предназначен для нейтрализации сероводорода и повышения плотности буровых растворов при бурении нефтяных и газовых скважин. Магбар имеет плотность 4,4 г/см³.

В предлагаемом изобретении Магбар позволяет получить седиментационно-устойчивый утяжеленный тампонажный раствор с нулевым водоотстоем, перекрывающий соленосные, рапопроявляющие и пресные горизонты с АВДП, имеющие динамическую температуру 35-50^oС и выше, с прочностью камня и адгезию к породе и трубе и плотностью раствора выше 2,5 г/см³.

Основа утяжеленного тампонажного раствора готовится путем тщательного перемешивания тампонажного портландцемента (ПТЦ) и Магбара, и при необходимости, регуляторов технологических свойств. Например, опыт 8, табл. 3: 30,0 г портландцемента + 70,0 г Магбара. Приготовление однородной основы утяжеленного тампонажного состава может производиться как в заводских условиях, так и в условиях скважин. При приготовлении основы утяжеленного тампонажного раствора необходима трехразовая перетарка приготавливаемой смеси. В качестве регуляторов технологических свойств основы утяжеленного тампонажного раствора могут применяться понизители водоотдачи, ускорители, замедлители, расширяющиеся добавки. Эти регуляторы можно вводить на стадии приготовления основы на заводе или во время приготовления раствора на скважине.

Определение основных свойств утяжеленного тампонажного раствора и камня производят в соответствии с ГОСТами. "Цементы тампонажные", Методы испытаний". Определение плотности, растекаемости, водоотделение производят при 20±2^oС и атмосферном давлении.

Для условий умеренных температур испытания производят при 75^oС и атмосферном давлении. Для условий АВПД - при режимах температур 100-140^oС и давлении 50 МПа. Растекаемость определяют по конусу АзНИИ, плотность пикнометром, коэффициент водоотделения в мерном цилиндре, сроки схватывания иглой Вика, время загустевания на консистометре КЦ-3, пределы прочности камня при изгибе и сжатии на испытательной машине МИИ-100 и прессе ПСУ-10.

Пример. Для приготовления 1 кг утяжеленного раствора (состав 6, табл. 2) смешивают 400 г ПТЦ с 600 г Магбара и полученную сухую смесь затворяют жидкостью затворения (солевая смесь 3) известным способом. Состав перемешивают 3 мин, после чего определяют плотность, растекаемость, сроки схватывания.

Камень испытывают на прочность через 24 ч твердения при режимных температурах и давлении.

Результаты испытаний приведены в табл. 1-4. Плотность раствора 2,44 г/см³, сроки схватывания при 22^oС: 9 ч 40 м - начало, 11 ч 00 м - конец.

Для цементирования колонн, перекрывающих соленосные и рапопроявляющие горизонты, имеющие динамические температуры 35-50^oС, в качестве жидкости затворения предложены солевые растворы составов 1, 2, 3 различной плотности.

Как видно из табл. 2, 3, при соотношении ПЦТ: Магбар (30-25):(70:75) плотность тампонажного раствора возможно повысить до 2,57 г/см³.

Прочность при изгибе цементного камня при температуре 22^oС через 2 сут. составляет 0,9-1,3 МПа, а при температуре 35^oС - 0,9-1,8 МПа, при температуре 50^oС - 0,9-1,4 МПа.

При содержании в основе утяжеленного тампонажного раствора 40% ПЦТ плотность раствора ниже 2,5 г/см³.

Реагенты замедлители выбирают, исходя из требуемых сроков схватывания и времени загустевания.

Предлагаемая основа утяжеленного тампонажного раствора позволяет повысить качество крепления глубоких скважин и предотвратить газонефтепроявления, имеющие место при цементировании обсадных колонн в зонах аномально высоких пластовых давлений в диапазоне температур от 20 до 120^oС за счет высокой седиментационной устойчивости, адгезии и регулируемых технологических свойств раствора и камня.

Изобретение содержит ноу-хау.

Изобретение относится к тампонажным составам, используемым при цементировании обсадных колонн нефтяных и газовых скважин в интервале аномально высоких пластовых давлений (АВПД) и температур 22 - 120^oС. Основа утяжеленного тампонажного раствора, включающая тампонажный портландцемент с регулятором технологических свойств и утяжеляющую добавку, содержит в качестве утяжеляющей добавки Магбар, представляющий гомогенную смесь 1 мас.ч. магнетита и 1 мас. ч. барита при следующих соотношениях ингредиентов, мас.%: указанный портландцемент 25-40; Магбар 60-75; регуляторы технологических свойств 0-4 от веса портландцемента. Основа утяжеленного тампонажного раствора может содержать расширяющуюся добавку оксида магния MgO, оксида кальция СаО, гипса в количестве 0-4% от веса портландцемента. Основа утяжеленного тампонажного раствора в качестве регулятора технологических свойств может содержать понизитель водоотдачи тампонажного раствора сульфоцелл, карбоксиметилцеллюлозу КМЦ в количестве 0-1,0% от веса портландцемента. Основа утяжеленного тампонажного раствора в качестве регулятора технологических свойств может содержать реагенты замедлители-пластификаторы нитрилотриметиленфосфоновую кислоту НТФ, С-3 в количестве 0-0,5% от веса портландцемента. Технический результат - обеспечение безаварийного процесса цементирования обсадных колонн в зоне аномально высоких пластовых давлений, рапы, минерализованной воды, пресной воды за счет повышения седиментационной устойчивости, повышение ранней прочности тампонажного камня в широком диапазоне температур 35 - 120^oС, получение высокой плотности до 2,5 г/см³ при одновременном обеспечении остальных параметров раствора и камня, таких, как водоотдача, прокачиваемость, адгезия, коррозионная стойкость. 3 з.п. ф-лы, 4 табл.

1. Основа утяжеленного тампонажного раствора, включающая тампонажный портландцемент с регуляторами технологических свойств и утяжеляющую добавку, отличающаяся тем, что она содержит в качестве утяжеляющей добавки Магбар, представляющий гомогенную смесь 1 м. ч. магнетита и 1 м. ч. барита при следующих соотношениях ингредиентов, мас. %:
Указанный портландцемент - 25-40
Магбар - 60-75
Регуляторы технологических свойств - 0-4 от веса портландцемента
2. Основа утяжеленного тампонажного раствора по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве регулятора технологических свойств она содержит расширяющуюся добавку оксида магния MgO, оксида кальция СаО, гипса в количестве 0-4% от веса портландцемента. 3. Основа утяжеленного тампонажного раствора по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что в качестве регулятора технологических свойств она содержит понизитель водоотдачи тампонажного раствора сульфоцелл, карбоксиметилцеллюлозу КМЦ в количестве 0-1,0% от веса портландцемента. 4. Основа утяжеленного тампонажного раствора по п. 1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что в качестве регулятора технологических свойств она содержит реагенты замедлители - пластификаторы нитрилотриметиленфосфоновую кислоту НТФ, С-3 в количестве 0-0,5% от веса портландцемента.