ОБЛЕГЧЕННЫЙ ТАМПОНАЖНЫЙ СОСТАВ Российский патент 2003 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к области горного дела, а именно к цементированию нефтяных и газовых скважин с аномально низкими пластовыми давлениями.

Известен облегченный тампонажный состав (гельцемент) для цементирования в интервале зоны непродуктивных отложений, содержащий тампонажный портландцемент и бентонитовый глинопорошок при следующем соотношении компонентов, мас.% /1/:
Портландцемент - 80-86
Бентонитовый глинопорошок - 14-20
Однако применение гельцементных составов имеет следующие недостатки:
дополнительные затраты на приготовление смесей;
неоднородность получаемой смеси;
зависимость физико-механических и реологических показателей не только от качества цемента, но и от качества глинопорошка;
значительное водоотделение.

Кроме того, замедленная скорость структурообразования в гельцементном растворе при низких температурах приводит к увеличению сроков схватывания, низкой прочности при изгибе и сжатии, особенно в ранние сроки твердения. Это отрицательно сказывается на качестве крепления, оцениваемого по сцеплению образующегося камня с обсадной колонной и горной породой, поскольку процессы твердения замедлены во времени и при формировании поровой структуры роль седиментационных процессов постоянно вносит деструктивный характер.

Снижение плотности цементных растворов может быть достигнуто применением в качестве облегчающей добавки кремнеземистых материалов. Преимуществом облегченных тампонажных составов с добавками кремнеземистых материалов являются повышенные сульфатостойкость и физико-механические свойства камня, полученного на их основе.

Известен тампонажный состав, содержащий портландцементный клинкер, облегчающую добавку трепел и гипс в следующих соотношениях компонентов, мас.% /2/:
Портландцементный клинкер - 47
Трепел - 50
Гипс - 3
На основе данного тампонажного состава возможно получение облегченного тампонажного раствора плотностью 1500 кг/м³ при водоцементном отношении, равном 0,9÷1,0.

Недостатками данного облегченного состава являются снижение реологических и физико-механических характеристик раствора и камня при длительных (более 3 мес) сроках хранения, повышенное водоотделение тампонажного раствора и незначительная прочность камня при низких и нормальных температурах твердения. Это объясняется тем, что при обычной подготовке сырьевых материалов трепел содержит от 10 до 15% остаточной воды. Наличие в трепеле остаточной воды приводит к влагопоглощению при хранении цемента и, как следствие, ухудшению его реологических и физико-механических показателей.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение и сохранение активности облегченного тампонажного состава при длительных (до 9 мес) сроках хранения, обеспечение повышенной прочности при изгибе/сжатии цементного камня на его основе в интервале температур 20-100^oС, седиментационной устойчивости.

Техническая сущность изобретения заключается в том, что облегченный тампонажный состав, содержащий клинкер, трепел и гипс, содержит трепел термообработанный и дополнительно известняк при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Клинкер - 56
Трепел термообработанный - 38
Гипс - 3
Известняк - 3
Сопоставительный анализ известных составов /1-2/ и заявляемого позволяет сделать вывод, что заявляемый состав облегченного тампонажного цемента содержит предварительно термообработанный трепел и известняк, а значит, соответствует критерию "новизна".

Предварительная подготовка исходного сырьевого материала трепела заключается в термообработке при специально подобранном температурном режиме. При этом происходит сушка до нулевой влажности и активация трепела, что позволяет получить облегченный тампонажный материал и раствор на его основе плотностью 1400-1500 кг/м³ с низким водоотделением, высокими прочностными характеристиками камня и обеспечить длительные сроки хранения материала. Физико-механические и реологические параметры тампонажного раствора и камня из предлагаемого облегченного материала, хранящегося в течение 9 мес соответствуют требованиям ГОСТ 1581-96 и превышают параметры аналога и прототипа, измеряемые в идентичных условиях.

Добавка известняка позволяет увеличить время загустевания цементного теста при температуре испытания 75^oС, а прочностные показатели при этом остаются практически неизменными в диапазоне добавок 1-3%.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень" и промышленно применимо.

Для разработки облегченного тампонажного состава проведены лабораторные исследования. Исследования проводились в соответствии с ГОСТ 26798.1-96 "Цементы тампонажные. Методы испытаний".

Составы облегченного тампонажного материала при минимальном, оптимальном и максимальном соотношении компонентов, мас.%:
Пример 1 (минимум)
Клинкер - 67
Трепел термообработанный - 28
Гипс - 3
Известняк - 2
Пример 2 (оптимум)
Клинкер - 56
Трепел термообработанный - 38
Гипс - 3
Известняк - 3
Пример 3 (максимум)
Клинкер - 47
Трепел термообработанный - 45
Гипс - 3
Известняк - 4
Пример 4 (до минимума)
Клинкер - 72
Трепел термообработанный - 25
Гипс - 3
Известняк - 1
Пример 5 (сверх максимума)
Клинкер - 42
Трепел термообработанный - 50
Гипс - 3
Известняк - 5
Результаты исследований приведены в табл. 1.

С целью оценки длительности хранения материала проведены лабораторные исследования изменения реологических и физико-механических показателей раствора и камня облегченных тампонажных составов, как известных, так и предлагаемого, в зависимости от сроков их хранения.

Результаты исследований приведены в табл. 2.

Из табл. 1 и 2 следует, что предложенный авторами облегченный тампонажный состав обладает повышенными прочностными характеристиками и сохраняет свои свойства при длительном хранении. Последнее особенно актуально при использовании его на отдаленных месторождениях, где существует необходимость длительного хранения цемента.

Пример использования предложенного облегченного тампонажного состава.

Крепление эксплуатационной колонны в интервале продуктивных отложений осуществляется тампонажным портландцементом, соответствующим ГОСТ 1581-96.

Для крепления эксплуатационной колонны в интервале непродуктивных отложений с перекрытием на 100 м башмака кондуктора используется предложенный авторами облегченный тампонажный материал. С применением предложенного облегченного состава на месторождениях ОАО "Сургутнефтегаз" зацементировано 8 эксплуатационных колонн.

Технико-экономическая или иная эффективность.

1. Технологичность данного материала при проведении работ по цементированию эксплуатационных колонн. Раствор стабилен во время всего процесса цементирования.

2. Сокращение затрат времени при цементировании на 10%.

3. Обеспечение высоты подъема тампонажного раствора за эксплуатационной колонной до проектных отметок на 100%.

4. Увеличение коэффициента качества крепления скважин на 30-33% по сравнению с гельцементными смесями.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Данюшевский B.C. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам. М., Недра, 1987, с. 114.

2. Булатов А.И. Тампонажные материалы и технология цементирования скважин. М., Недра, 1982, с.195 - прототип.

Изобретение относится к области горного дела, а именно к цементированию нефтяных и газовых скважин с аномально низкими пластовыми давлениями. Облегченный тампонажный состав, содержащий клинкер, трепел и гипс, содержит трепел термообработанный и дополнительно известняк при следующем соотношении компонентов, мас.%: клинкер 56, трепел термообработанный 38, гипс 3, известняк 3. Технический результат: повышение и сохранение активности облегченного тампонажного состава при длительных сроках хранения, прочности на изгибе/сжатии цементного камня в интервале температур 20-100^oС, седиментационной устойчивости. 2 табл.

Облегченный тампонажный состав, содержащий клинкер, трепел и гипс, отличающийся тем, что он содержит трепел термообработанный и дополнительно известняк при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Клинкер - 56
Трепел термообработанный - 38
Гипс - 3
Известняк - 3