БЕЗУСАДОЧНЫЙ ОБЛЕГЧЕННЫЙ ТАМПОНАЖНЫЙ ЦЕМЕНТ Российский патент 2003 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к глубокому бурению, в частности к составам, предназначенным для цементирования нефтяных и газовых скважин.

На больших глубинах встречаются минералы с аномально низкими пластовыми давлениями, перекрытие которых требует применения облегченных тампонажных смесей, обеспечивающих равномерную прочность цементному камню в заколонном пространстве в температурном интервале 20-120^oС. В настоящее время эта проблема решается применением двух видов цементов, ПЦТ-Шоб-50 и ПЦТ-Шоб-100 двумя порциями, что сильно осложняет процессы цементирования. Кроме того, эти цементы являются усадочными.

Известен облегченный цемент, полученный на основе портландцемента и трепела при соотношении компонентов 60:40 [1, 2]. Эти цементы формируют камень с достаточной прочностью лишь при температурах более 40^oС, а при температурах ниже 40^oС, т. е. в верхнем интервале подъема цемента из-за низкой прочности и усадочности камня (0,3-0,4 МПа) не обеспечивается достаточная герметичность закопанного пространства.

Известен также облегченный тампонажный цемент [3] на основе клинкера, трепела и гипса, полученный совместным помолом их в шаровой мельнице при соотношении компонентов, %:
Клинкер - 55
Трепел - 40
Гипс - 5
Этот цемент также при температурах ниже 40^oС формирует камень с низкой прочностью в пределах 0,3-0,5 МПа.

Цель изобретения - улучшение качества облегченного цемента за счет повышения прочности, получения безусадочности камня и формирование цементного камня с равномерной прочностью во всем интервале подъема цемента в температурном интервале 20-120^oС.

Цель достигается за счет того, что безусадочный облегченный тампонажный цемент, включающий клинкер, гипс, трепел, содержит дополнительно запечную пыль цементного производства и соль NaCl при следующем соотношении компонентов, мас.%: клинкер 55, гипс 5, трепел 30, запечная пыль 9,5-9,8, соль NaCl 0,2-0,5.

В предлагаемом изобретении использовался:
- трепел, имеющий в своем составе, вес.%: SiO₂ 70-79; Аl₂О₃ 5-7,5; Fе₂О₃ 2-4; CaO 45-48; МgО 0,8-2; SO₃ 0,1-2; ППП 6-10%; активность по ГОСТ CaO - 270-320;
- запечная пыль Новотроицкого цементного завода, имеющая в своем составе, вес.%: CaO 45-48; МgО 1-2; SiO₂ 14-15; Аl₂О₃ 2,9-3,5; ППП 20-25; Na₂O + K₂O 6-8;
- гипс двуводный природный;
- кристаллическая соль NaCl;
- клинкер, состоящий из, % : 3CaOSiO₂ 58-64; β2СаО SiO₂ 11-15; 3СаО Аl₂О₃ 5-8; 4СаО-Аl₂О₃-Fе₂O₃ 13-15.

Трепел представляет собой активную гидравлическую добавку осадочного происхождения - рыхлая горная порода, состоящая из микроскопических округлых зерен и содержащая кремнезем, главным образом в аморфном состоянии. Удельный вес 2300 кг/м³, удельная поверхность 20000 г/см³. Объемный вес трепелов в сухом состоянии равен 850 кг/м³. При размешивании с водой образуется трепельное молоко или тесто.

Запечная пыль цементного производства представляет собой тонкодисперсный порошок, содержащий свободные CaO, щелочей Na₂О и К₂О и клинкерные минералы и гипс. Удельная поверхность пыли в пределах 8000-10000 г/см²
В табл. 1 приведены конкретные примеры безусадочного облегченного тампонажного цемента.

Состав готовят следующим образом: клинкер, гипс, трепел, запечная пыль и соль NaCl совместно измельчают в шаровой мельнице в необходимых соотношениях. Полученный цемент затаривают в мешкотару, или биг-бег, или в цементовозы (дункары).

На буровой готовят тампонажный раствор по общепринятой технологии. В табл. 2 даны технологические параметры безусадочного облегченного тампонажного цемента. Из таблицы 2 видно, что разработанный тампонажный цемент в интервале температур 20-100^oС имеет прочность на изгиб в пределах 1,6-4,7 МПа, что значительно превосходит предел прочности на изгиб облегченных тампонажных цементов по ГОСТ 1581-96.

Безусадочный облегченный цемент обеспечивает хорошее качественное цементирование глубоких скважин и высоту подъема раствора до проектной высоты при наличии зон поглощений и пластов с аномально низкими давлениями. Раствор из этого цемента седиментационно устойчивый (водоотделение 0,2-0,25 мл), что предотвращает образование водяных поясов и каналов перетока пластовых флюидов в заколонном пространстве. Формируются надежно герметичные контакты между породой и цементом, а также между цементом и колонной. Это обеспечивается безусадочностью цементного камня.

Безусадочный облегченный тампонажный цемент состоит в основном из дешевых добавок (трепел, запечная пыль, соль NaCl). Сроки загустевания и схватывания, необходимые для закачки тампонажного раствора на необходимую глубину, легко регулируются известными замедлителями или ускори-теляим сроков схватывания.

На Новотроицком цементном заводе организовано промышленное производство безусадочного облегченного цемента. С использованием первой партии указанного цемента зацементировано более 5 скважин на месторождениях Западная Сибирь Лукойл и Оренбургнефть ТНК. Результаты цементирования хорошие. Цементный раствор поднят на всю длину эксплуатационной колонны.

Источники информации
1. Данюшевский В.С., Толстых И.Ф., Мельштейн В.М. Справочное руководство по тампонажным материалам. - М.: Недра, 1973, с. 247.

2. Луценко Н.А., Образцов О.И., Тампонажные растворы пониженной плотности. - М.: Недра, 1972, с.141.

3. Трусов С.Б., Легкие и облегченные тампонажные цементы. - М.: ВНИИОЭНГ, 1990, с. 62.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и используется при цементировании скважин в сложных геологических условиях. Технический результат - повышение прочности и обеспечение безусадочности для качественного цементирования обсадных колонн в нефтяных и газовых скважинах. Безусадочный облегченный тампонажный цемент, включающий клинкер, гипс, трепел, содержит дополнительно запечную пыль цементного производства и соль NaCl при следующем соотношении компонентов, мас.%: клинкер - 55, гипс - 5, трепел - 30, запечная пыль - 9,5-9,8, соль NaCl - 0,2-0,5. 2 табл.

Безусадочный облегченный тампонажный цемент, включающий клинкер, гипс, трепел, отличающийся тем, что он дополнительно содержит запечную пыль цементного производства и соль NaCl при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Клинкер - 55
Гипс - 5
Трепел - 30
Запечная пыль - 9,5-9,8
Соль NaCl - 0,2-0,5