РЕАГЕНТ ДЛЯ ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА, ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР И СПОСОБ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН Российский патент 2006 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли и используется в процессе крепления нефтяных и газовых скважин при приготовлении тампонажных растворов.

Известны добавки солей-ускорителей для тампонажного раствора, таких как CaCl₂, NaCl, AICI₃ и др., тампонажный раствор с этими добавками и способ цементирования с использованием тампонажного раствора, содержащего упомянутые добавки (Ахрименко В.Е., Широкородюк Т.В., Белый В.И. Цементные растворы для крепления низкотемпературных скважин // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - 2000. - №12. - С.16-18).

Но соли-ускорители и их композиции не удерживают свободную воду и содержат ионы хлора, вызывающие коррозию колонны скважины.

Известен реагент для тампонажных растворов, содержащий пентаоксихлорид алюминия 99,5-99,8 мас.% и суперпластификатор 0,2-0,5 мас.%. (Пат. №2129649 РФ), а также тампонажный раствор, в состав которого входят оксихлориды алюминия (А.с. №1328482 СССР).

Однако оксихлориды алюминия (в том числе пентаоксихлорид) не являются ускорителями сроков схватывания и загустевания тампонажных систем при температуре от -5°С до +40°С. Кроме того, они содержат ионы хлора, поэтому при использовании тампонажного раствора с оксихлоридами усилится коррозия обсадных труб.

Наиболее близким техническим решением является тампонажный раствор по пат. №2191251 РФ, в состав которого входят цемент, полианионная целлюлоза, этилсиликат и вода, дополнительно он содержит аморфную окись алюминия в количестве 0,2-3,0 мас.ч.

Данный раствор из-за отсутствия в его составе структурообразующей и расширяющей добавки не обеспечивает в процессе цементирования достаточную адгезию камня с колонной и породой и получение безусадочного камня однородной структуры с низкой пористостью.

Задачей изобретения является создание эффективного реагента для тампонажных растворов, являющегося структурообразователем-ускорителем, не содержащего агрессивного компонента (ионов хлора), обеспечивающего расширение тампонажной смеси и удержание свободной воды и работающего в диапазоне температур от -5°С до +40°С, а также тампонажного раствора и способа цементирования скважин, обеспечивающих хорошую адгезию камня с колонной и породой, получение безусадочного камня однородной структуры с низкой пористостью и высокой коррозионной стойкостью.

Сущность изобретения заключается в том, что реагент для тампонажного раствора, включающий аморфную окись алюминия, дополнительно содержит добавку ИР-1 на основе вулканической породы при следующем соотношении компонентов, мас.%:

аморфная окись алюминия99,5-99,9ИР-10,1-0,5

Тампонажный раствор содержит цемент, воду и заявляемый реагент в количестве от 0,05 до 4,5% от массы цемента.

Дополнительно указанный тампонажный раствор может содержать понизитель водоотдачи в количестве 0,2-0,8% от массы цемента, пластификатор в количестве 0,1-5,0% от массы цемента и пеногаситель в количестве 0,01-0,5% от массы цемента.

Сущность предлагаемого способа цементирования заключается в том, что цементирование скважины осуществляется с использованием заявляемого тампонажного раствора. Используемый при цементировании тампонажный раствор может дополнительно содержать понизитель водоотдачи в количестве 0,2-0,8% от массы цемента, пластификатор в количестве 0,1-5,0% от массы цемента, пеногаситель в количестве 0,01-0,5% от массы цемента.

Структурообразующая и расширяющая добавка ИР-1 выпускается по ТУ №5743-001-44628610-98 и содержит в мас.%: вулканическую породу (с соотношением оксид кремния: оксид алюминия более 3,5) - 40-85, гипс 10-35, доломит - 0-30, микрокремнезем 0-5, пластификатор 1-3.

В качестве понизителя водоотдачи могут использоваться метилцеллюлоза (МЦ) или оксиэтилцеллюлоза (ОЭЦ, Сульфацелл).

Пластификатором может служить реагент С-3, пеногасителями - известные реагенты ТБФ, Лапрол.

Новая заявляемая совокупность известных компонентов в пределах их содержания в смеси обеспечивает технический результат - способность реагента работать в составе тампонажного раствора при низких и отрицательных температурах, обеспечивать стабильность раствора и камня, способствовать получению в процессе цементирования с учетом геолого-технических характеристик скважины прочного безусадочного тампонажного камня с высокой коррозионной стойкостью. При этом за счет синергетического эффекта взаимодействия заявляемых компонентов друг с другом возникает гораздо большая способность водоудержания и набора прочности структуры тампонажного раствора и камня, не достигаемая при использовании реагентов в других композициях.

Улучшение названных показателей гарантирует повышение качества цементирования низкотемпературных скважин и скважин в мерзлоте, кондукторов, обеспечивает экономию материалов.

Реагент готовят путем постепенного ведения добавки ИР-1 в аморфную окись алюминия до расчетного количества. Затем смесь перемешивают до однородности. Реагент вводят в сухой цемент или в тампонажный раствор, который готовят известным способом затворения цемента водой. Может использоваться как бездобавочный цемент, например, марки ПЦТ G, так и добавочный - облегченный.

Примеры приготовления реагента:

Реагент №1 (Р-1) Для приготовления реагента Р-1 берут 99,9 мас.ч. аморфной окиси алюминия и постепенно добавляют 0,1 мас.ч. ИР-1, тщательно растирая и перемешивая смесь.

Реагент №2 (Р-2) Для приготовления реагента Р-2 берут 99,7 мас.ч. аморфной окиси алюминия и постепенно добавляют 0,3 мас.ч ИР-1, тщательно растирая и перемешивая смесь.

Реагент №3 (Р-3) Для приготовления реагента Р-3 берут 99,5 мас.ч. аморфной окиси алюминия и постепенно добавляют 0,5 мас.ч. ИР-1, тщательно растирая и перемешивая смесь.

Примеры приготовления тампонажного раствора

Пример 1. На 100 мас.ч цемента, например ПЦТ 1 G, берут 40 мас.ч. воды и 0,05 мас.ч. реагента Р-1. Раствор тщательно перемешивают.

Полученный тампонажный раствор и камень испытывают согласно существующим ГОСТам. Результаты испытаний представлены в таблице 1, опыт 1.

Пример 2. На 100 мас.ч. цемента, например ПЦТ1-100, берут 50 мас.ч. воды и 2 г реагента Р-2. Раствор тщательно перемешивают.

Полученный тампонажный раствор и камень испытывают согласно существующим ГОСТам. Результаты испытаний представлены в таблице 1, опыт 2.

Пример 3. На 100 мас.ч. цемента, например ПЦТ 1 G, берут 40 мас.ч воды и 4,5 г реагента Р-3. Раствор тщательно перемешивают.

Полученный тампонажный раствор и камень испытывают согласно существующим ГОСТам. Результаты испытаний представлены в таблице 1, опыт 3.

Пример 4. На 100 масс.ч цемента, например ПЦТ 1-100, берут 50 мас.ч. воды, 0,5 мас.ч. реагента Р-1, 0,2 мас.ч. ОЭЦ и 0,01 мас.ч. ТБФ. Раствор тщательно перемешивают.

Полученный тампонажный раствор и камень испытывают согласно существующим ГОСТам. Результаты испытаний представлены в таблице 1, опыт 4.

Пример 5. На 100 мас.ч. цемента, например ПЦТ 1-100, берут 50 мас.ч. воды, 1 мас.ч. реагента Р-2, 0,8 мас.ч. МЦ и 0,05 мас.ч. Лапрола. Раствор тщательно перемешивают.

Полученный тампонажный раствор и камень испытывают согласно существующим ГОСТам. Результаты испытаний представлены в таблице 1, опыт 5.

Пример 6. На 100 масс.ч цемента, например ПЦТ 1-100, берут 50 мас.ч. воды, 2 мас.ч. реагента Р-2, 0,4 мас.ч. Сульфацелла, 0,2 мас.ч С-3 и 0,5 мас.ч. Лапрола. Раствор тщательно перемешивают.

Полученный тампонажный раствор и камень испытывают согласно существующим ГОСТам. Результаты испытаний представлены в таблице 1, опыт 6.

Пример 7. На 100 мас.ч. цемента, например ПЦТ -об., берут 67 мас.ч. воды, 1 мас.ч. реагента Р-1 и 0,1 мас.ч С-3. Раствор тщательно перемешивают.

Полученный тампонажный раствор и камень испытывают согласно существующим ГОСТам. Результаты испытаний представлены в таблице 1, опыт 7.

Пример 8. На 100 мас.ч цемента, например ПЦТ-об., берут 67 мас.ч. воды, 3 мас.ч. реагента Р-3, 0,4 мас.ч. и 0,5 мас.ч С-3. Раствор тщательно перемешивают.

Полученный тампонажный раствор и камень испытывают согласно существующим ГОСТам. Результаты испытаний представлены в таблице 1, опыт 8.

Таблица 1№ примераВид вяжущегоДобавки к цементу, мас. %В/ЦД, смρ, г/см³Водоотделение, см³Сроки схват., нач/кон, ч-минПрочность через 48 сут., МПаАдгезия, МПаТ*, °СРеагентПонизитель водоотдачиПластификаторПеногасительδ изг.δ сжат.1.ПЦТ 1 GР-1
0,05---0,421,51,890,21-35
2-503,8410,423,0402.ПЦТ1-100Р-
22,0---0,520,51,820,151-55
2-303,8511,1521,0403.ПЦТ1 GР-3
4,5---0,421,51,850,13-45
4-002,18,120,054.ПЦТ1-100Р-1
0,5ОЭЦ
0,2-ТБФ 0,010,521,51,8205-10
6-052,43,518,0255.ПЦТ1-100Р-2
1,0МЦ
0,8-Лапрол 0,050,520,51,8304-30
4-454,19,419,5406.ПЦТ1-100Р-2
2,0Сульфацеллс-30,2Лапрол 0,50,521,51,8205-15
6-205,011,219,9407.ПЦТ-об.Р-1
1,0 С-30,1 0,6722,01,530,17-00
9-004,19,920,0408.ПЦТ-об.Р-3
3,0 с-30,5 0,6722,01,530,15-40
6-403,156,722,05 Прототип0,522,01,827,26-30
9-123,96,510,040* - температура проведения испытаний

Изобретение относится к строительству нефтяных и газовых скважин. Технический результат - создание эффективного реагента для тампонажных растворов, являющегося структурообразователем-ускорителем, не содержащего агрессивного компонента - ионов хлора, обеспечивающего расширение тампонажной смеси и удержание свободной воды и работающего в диапазоне температур от -5°С до +40°С, а также тампонажного раствора и способа цементирования скважин, обеспечивающих хорошую адгезию камня с колонной и породой, получение безусадочного камня однородной структуры с низкой пористостью и высокой коррозионной стойкостью. Реагент для тампонажного раствора, включающий аморфную окись алюминия, дополнительно содержит добавку ИР-1 на основе вулканической породы при следующем соотношении компонентов, мас.%: аморфная окись алюминия - 99,5-99,9; ИР-1 - 0,1-0,5. Тампонажный раствор содержит цемент, воду и вышеуказанный реагент в количестве от 0,05 до 4,5% от массы цемента. Тампонажный раствор может дополнительно содержать понизитель водоотдачи, пластификатр и пеногаситель. В способе цементирования скважины используют вышеуказанный тампонажный раствор. 3 н. и 3 з.п. ф-лы. 1 табл.

1. Реагент для тампонажного раствора, включающий аморфную окись алюминия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит добавку ИР-1 на основе вулканической породы при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Аморфная окись алюминия99,5-99,9ИР-10,1-0,5