ПЛАСТИФИКАТОР-УСКОРИТЕЛЬ СХВАТЫВАНИЯ И ТВЕРДЕНИЯ ТАМПОНАЖНЫХ РАСТВОРОВ "КЕМФОР-ПА" Российский патент 2004 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при цементировании нефтяных, газовых, газоконденсатных и геологоразведочных скважин.

Известно применение в практике бурения сульфатного мыла, как компонента буровых промывочных растворов [1]. Сведений об использовании сульфатного мыла при цементировании скважин в изученной научно-технической литературе и патентных материалах не опубликовано.

Карбонаты щелочных металлов (натрия и калия) являются широко распространенными добавками-ускорителями схватывания и твердения для различных типов цементных [2] и тампонажных растворов [3]. Но, оказывая интенсифицирующее воздействие на структурообразование тампонажных растворов, добавки карбонатов натрия или калия вызывают их загущение, вплоть до полной потери растекаемости. Поэтому, как правило, карбонатные ускорители применяются в комплексе с реагентами-пластификаторами.

Наиболее близкой к заявляемому по назначению и совокупности существенных признаков пластификатору-ускорителю схватывания и твердения тампонажных растворов является комплексная добавка для низкотемпературных тампонажных растворов на основе портландцемента, содержащая ускоритель сроков схватывания - карбонат калия (поташ) 99,2-99,9 мас.% и замедлитель сроков схватывания нитрилотриметилфосфоновую кислоту (НТФК) - 0,1-0,8 мас.% [4] (прототип).

Недостатками данной комплексной добавки являются пониженный пластифицирующий эффект и плотность тампонажного раствора, высокие значения его водоотдачи и низкая ранняя прочность тампонажного камня.

Решаемая изобретением задача - повышение эффективности и многофункциональности пластификатора.

Технический результат, который может быть получен при приготовлении тампонажного раствора с использованием предлагаемого пластификатора-ускорителя схватывания и твердения тампонажных растворов, заключается в снижении водоцементного отношения, водоотдачи, ускорении сроков схватывания и твердения, повышении плотности, ранней и контактной прочности тампонажного камня.

Исследованные составы пластификатора-ускорителя схватывания и твердения тампонажных растворов отличались видом сульфатного мыла и количественным соотношением составляющих компонентов.

Сульфатное мыло представляет собой мазеобразный продукт, снимаемый с поверхности черных щелоков сульфат-целлюлозного производства при их отстаивании. Свойства и состав сульфатного мыла приведены в табл. 1.

Для экспериментальных исследований использовали сульфатное мыло лиственное и хвойное производства ОАО “Котласский ЦБК” и сульфатное мыло смешанного потока производства ОАО “Сыктывкарский ЛПК” - карбонат калия (поташ). Приготовление пластификатора-ускорителя заключалось в смешивании ингредиентов.

Для решения поставленной технической задачи пластификатор-ускоритель схватывания и твердения тампонажных растворов, включающий карбонат калия, дополнительно содержит сульфатное мыло, содержащее смоляные и жирные кислоты, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

карбонат калия 10-66,7

указанное сульфатное мыло 33,3-90

У тампонажных растворов, обработанных составами пластификатора-ускорителя с содержанием компонентов ниже или выше заявляемых значений, не решается задача, поставленная изобретением в области пластификации, ускорения схватывания и твердения тампонажных растворов и повышения ранней прочности тампонажного камня.

Эффективность пластификатора-ускорителя схватывания и твердения тампонажных растворов определяли путем введения его добавок в жидкость затворения, приготовления и испытаний тампонажных растворов в соответствии с ГОСТ 26798.1-96 “Цементы тампонажные. Методы испытаний” и методиками специального издания [3].

Исследованные составы тампонажных растворов с пластификатором-ускорителем твердения и схватывания тампонажных растворов различались концентрацией его добавки. В качестве примера решений поставленной изобретением задачи в таблице 2 приведены результаты испытаний пластификатора-ускорителя твердения и схватывания тампонажных растворов с концентрацией добавок 2,5 и 5,0% массы цемента.

Анализ результатов экспериментов показывает, что использование предлагаемого пластификатора-ускорителя твердения и схватывания тампонажных растворов, в сравнении с прототипом, усиливает пластификацию более чем в 2,5 раза, на 10-20% позволяет увеличить плотность, на 50-70% раннюю прочность, на 25-30% контактную прочность и более чем в 2 раза ускорить схватывание при отрицательных и низких положительных температурах. Сопоставительный анализ позволяет сделать вывод, что заявляемый пластификатор-ускоритель отличается от известного прототипа введением нового компонента, а именно сульфатного мыла и своей многофункциональностью.

Предлагаемое изобретение является новым, т.к. в заявляемом пластификаторе-ускорителе схватывания и твердения впервые получено химически и технологически активное соединение - комплекс калиевых солей жирных кислот таллового ряда: олеиновой, линолевой, линоленовой. Перечисленные кислоты являются основным растворимым компонентом сульфатного мыла.

Применение композиции сульфатного мыла и карбоната калия в тампонажных составах и практике цементирования скважин не известно. Анализ известных технических решений также показал, что в науке и технике нет объекта, аналогичного по заявляемой совокупности признаков и преимуществ, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критериям “новизна” и “изобретательский уровень”.

Промышленная применимость изобретения подтверждена промысловыми испытаниями в условиях крепления скважин. Следует отметить, что в результате применения заявляемого пластификатора-ускорителя схватывания и твердения тампонажных растворов на основе портландцементов расширяется номенклатура таких добавок.

Источники информации

1. Применение отходов целлюлозно-бумажной промышленности для бурения скважин на Крайнем Севере /Т.А.Мотылева, Н.Г.Кашкаров, Ю.Т.Ивченко, М.М.Шаляпин, Н.Н.Верховская - М.: ВНИИЭгазпром, 1989, 26 с. (обз. информ. Сер. Бурение газовых и газоконденсатных скважин, вып.5) -(аналог).

2. Valenti G.L. and Sabatelli V. The Influence of Alkali Carbonates on the Setting and Hardening of Portland and Pozzolanic Cements, - Silicate Indication 45, P. 237-242, 1980 (аналог).

3. Даношевский B.C., Алиев P.M., Толстых И.Ф. Справочное руководство по тампонажным материалам. - М.: Недра, 1987, с. 196-201 (аналог).

4. Резчиков Г.А. Комплексная добавка для тампонажных растворов, твердеющих при низких положительных и отрицательных температурах. - В сб. “Тезисы докладов к IV конференции-дискуссии “Формирование и работа тампонажного камня в скважине” 11-15 мая 1987 г.”, г. Краснодар, 1987, с. 102-103 (прототип).

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при цементировании нефтяных, газовых, газоконденсатных и геологоразведочных скважин. Пластификатор-ускоритель схватывания и твердения тампонажных растворов, включающий карбонат калия, дополнительно содержит сульфатное мыло, содержащее смоляные и жирные кислоты, при следующем соотношении компонентов, мас.%: карбонат калия 10,0-66,7; указанное сульфатное мыло 33,3-90,0. Технический результат - получение пластифицированных тампонажных растворов с пониженной водоотдачей и ускоренными сроками схватывания; высокопрочного тампонажного камня и долговечной крепи скважины. 2 табл.

Пластификатор-ускоритель схватывания и твердения тампонажных растворов, включающий карбонат калия, отличающийся тем, что дополнительно содержит сульфатное мыло, содержащее смоляные и жирные кислоты, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Карбонат калия 10,0-66,7

Указанное сульфатное мыло 33,3-90,0