ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР Российский патент 2005 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к тампонажным растворам, предназначенным для цементирования скважин в нефтяной и газовой промышленности.

Известен тампонажный раствор, содержащий тампонажный портландцемент, конденсированную сульфитспиртовую барду (КССБ) в количестве от 0,1 до 0,7% к массе портландцемента и воду при водоцементном отношении от 0,5 до 0,4 (Данюшевский B.C. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам. - М.: Недра, 1987, с.53.).

Тампонажный раствор не обеспечивает необходимых сроков схватывания и прочности цементного камня.

Наиболее близким к предлагаемому составу по назначению и совокупности существенных признаков является тампонажный раствор, содержащий портландцемент, воду и нитритнатриясодержащую добавку -жидкость плотностью 1183 кг/м³, с концентрацией следующих реагентов, мас.%:

нитрит натрия- 15,2...22,3нитрат натрия- 0,69...1,96сульфат натрия- 4,76хлорид натрия- 0,08...8,25карбонат натрия- 0,40...1,57

При следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.:

цемент- 100указанная добавка- 20...30вода- 20...30

Недостатками известного тампонажного раствора являются его низкая пластичность (растекаемость) и короткое время схватывания, что приводит к существенному ухудшению прокачиваемости цементного раствора, нарушению сплошности цементного камня в кольцевом пространстве и как результат снижению качества крепления скважин.

Задачей изобретения является повышение качества крепления скважин за счет использования пластичного цементного раствора с регулируемым временем схватывания, обеспечивающим высокие прочностные и адгезионные свойства цементного камня.

Для решения указанной задачи тампонажный раствор, включающий портландцемент, воду и добавку, в качестве указанной добавки содержит кубовый продукт производства гексила при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.:

портландцемент- 100указанная добавка20...40вода- 10...30

Кубовый продукт колонны №302 при производстве гексила, выпускаемого ОАО "Салаватнефтеоргсинтез", имеет следующий состав, мас.%:

сульфат натрия (Na₂SO₄)- 20,0...26,0нитрат натрия (NaNO₃)- 4,1...5,2нитрит натрия (NaNO₂)- 1,5...1,8гидроксид натрия (NaOH)- 0,9...1,2гексил- 0,2...0,5водаостальное

Достигаемый при осуществлении изобретения технический результат состоит в том, что введение кубового продукта производства гексила, являющегося многофункциональной добавкой к цементу, позволяет одновременно повышать пластичность (растекаемость) цементного раствора, сокращать время его схватывания, а также повышать прочностные и адгезионные свойства цементного камня. Повышение пластичности обусловлено присутствием в кубовом продукте производства гексила азотсодержащего органического соединения - гексила. Сокращение сроков схватывания происходит за счет взаимодействия сульфата натрия с гидроксидом кальция цементного раствора с образованием нерастворимого сульфата кальция - инициатора зародышеобразования кристаллической фазы цементного раствора:

Na₂SO₄+Са(ОН)₂=CaSO₄↓+NaOH

Присутствие нитрита натрия в кубовом продукте колонны №302 способствует увеличению прочностных и адгезионных свойств цементного камня.

Исследования показали, что кубовый продукт производства гексила целесообразно применять в количестве 20-40 мас.ч. к цементу. Меньшее количество (менее 20 мас.ч.) его в цементе не оказывает существенного влияния на время схватывания цементного раствора, а также прочностные и адгезионные характеристики цементного камня. Увеличение количества кубового продукта производства гексила в цементе (свыше 40 мас. ч.) существенно ускоряет время начала схватывания цементного раствора - до 1 ч, что является не приемлемым для проведения ремонтно-изоляционных и ремонтно-восстановительных работ в нефтяных и газовых скважинах.

Сравнение заявляемого тампонажного раствора с прототипом показывает, что предлагаемый состав обладает новой совокупностью реагентов и их количественным соотношением. Поэтому заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна".

Для проведения лабораторных исследований использовали портландцемент по ГОСТ 1581-91. Приготовление тампонажных растворов и определение их основных технологических параметров: растекаемость, время схватывания проводили согласно ГОСТ 26798.1-85; прочность цементного камня измерялась по ГОСТ 26798.2-85. Пластифицирующий эффект от предлагаемого тампонажного раствора оценивали по сравнению с бездобавочным цементным раствором (ПЭ₁ или прототипом (ПЭ₂) по формуле

Д₁ - растекаемость предлагаемого тампонажного раствора;

Д₂ - растекаемость бездобавочного тампонажного раствора (или прототипа) при одинаковом водоцементном отношении.

Цементный тампонажный состав готовился следующим образом. Кубовый продукт производства гексила смешивали с пресной водой и полученной смесью затворяли цемент. Для испытания было приготовлено несколько предлагаемых составов с различными соотношениями ингредиентов. Все измерения проводились при температуре 22±2°С.

В таблице приведены примеры приготовления тампонажных растворов и их показатели, здесь же для сравнения представлены характеристики состава по прототипу.

Как видно из таблицы, с увеличением количества кубового продукта производства гексила с 20 до 40 мас.ч в жидкости затворения увеличивается растекаемость цементного раствора, при этом пластифицирующий эффект предлагаемого раствора по сравнению с прототипом возрастает на 28-39%, а по сравнению с бездобавочным цементом - на 15-25%. Время начала схватывания изменяется в интервале 5-2 ч. Прочностные характеристики цементного камня остаются на высоком уровне. Оптимальные характеристики цементного раствора и цементного камня достигаются при добавлении кубового продукта производства гексила в количестве 30 мас.ч. к цементу. При этом предлагаемый тампонажный состав по сравнению с прототипом является высокопластичным (ПЭ₂ составляет 33%), обладает оптимальным временем начала схватывания цементного раствора (3 ч), обеспечивает высокую прочность на изгиб/сжатие цементного камня (соответственно 5,2 и 14,1 МПа), а так же высокую адгезию его к породе, металлу и "старому" цементному камню (1,31; 1,55; 1,28 МПа).

Таким образом, применение предлагаемого цементного раствора в нефтегазодобывающей промышленности позволяет повысить качество цементирования и долговечность крепи скважины.

Свойства цементного раствора и камня по предлагаемому и известному тампонажным составамТампонажный раствор, мас. ч. Время схватывания, ч-минПрочность цементного камня через 2 сут., МПаАдгезия цементного камня через 2 сут., МПаПЭ₁ %ПЭ₂, %№№
п/ппортландцемент ПЦТ 1-50вода преснаякубовый продукт производства гексиланачалоконецна изгибна сжатиек породек металлук цементу1100302023,05-007-004,913,51,031,151,1515282100252524,04-306-005,214,31,201,221,2320333100203024,03-005-005,214,11,311,551,2820334100104025,02-003-005,013,41,251,431,1625395Прототип18,01-152-305,215,81,001,400,90отсутствует610050020,07-009-002,79,70,900,800,62  ПЭ₁ - пластифицирующий эффект по отношению к бездобавочному цементуПЭ₂ - пластифицирующий эффект по отношению к прототипу

Изобретение относится к тампонажным растворам. Технический результат - повышение качества крепления скважин. Тампонажный раствор содержит, мас.ч. портландцемент 100, кубовый продукт производства гексила 20-40, вода 10-30. 1 табл.

Тампонажный раствор, включающий портландцемент, воду и добавку, отличающийся тем, что в качестве указанной добавки он содержит кубовый продукт производства гексила, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Портландцемент100Кубовый продукт производства гексила20-40Вода10-30