ДИСПЕРСНО-АРМИРОВАННЫЙ ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР Российский патент 2006 года по МПК C09K8/467 

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин.

Известен тампонажный раствор для крепления скважин, содержащий портландцемент, королек, полиоксиэтилен, хлорид натрия и воду [1]. Королек выполняет роль армирующей добавки, а водорастворимый полимер усиливает деформируемость и сцепление цементного камня с обсадной колонной.

Недостатками раствора являются низкие демпфирующие и высокие фильтрационные показатели.

Наиболее близким по составу к предлагаемому является дисперсно-армированный тампонажный раствор, содержащий портландцемент, минеральное волокно с хризотил-асбестом, кислую соль поливалентного металла или смесь этих солей, силикокристаллит, водорастворимый полимер и воду [2]. Эффективность дисперсно-армированного материала достигается активизацией вяжущего с микроармирующей добавкой в дезинтеграторе. Однако этот не обладает достаточными демпфирующими свойствами.

Задача изобретения - улучшение демпфирующих и адгезионных свойств тампонажных растворов при их высокой седиментационной устойчивости и долговременном сохранении прочности цементного камня.

Указанная задача выполняется за счет добавления к тампонажному раствору, содержащему портландцемент, минеральное волокно (асбестовое или базальтовое), соль поливалентного металла и водорастворимый полимер, резиновой крошки при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Портландцемент тампонажный - 100

Минеральное волокно (асбестовое или базальтовое) - 3-4

Резиновая крошка - 5-7

Водорастворимый полимер (оксиэтилированная целлюлоза) - 0,1-0,2

Хлорид кальция - 0,3-0,4.

Дисперсно-армированные тампонажные материалы представляют собой смесь вяжущего и волокнистых материалов, произвольно ориентированных и равномерно распределенных по всему объему и работающих с матрицей за счет их сцепления повышением прочности камня на растяжение. Добавка резиновой крошки позволяет повысить упругоэластичные свойства тампонажного раствора и цементного камня за счет равномерного распределения эластичных частиц в объеме раствора и связывания их асбестовыми волокнами, что способствует образованию во всем объеме композиции волокнистой структуры, т.е. повышению ее прочности и упругоэластичных свойств. При составлении композиционного материала непосредственно перед использованием рекомендуется применять резиновую крошку и минеральное волокно следующих размеров 1-3 мм и не более 5 мм соответственно. Водорастворимый полимер выполняет функции понизителя фильтрации и повышает седиментационную устойчивость тампонажного раствора. Хлорид кальция в данном случае нейтрализует возможность снижения прочностных свойств цементного камня при обработке полимером.

Составы и свойства дисперсно-армированных тампонажных растворов приведены соответственно в таблицах 1 и 2.

Увеличение содержания в растворе минерального волокна свыше 4 % и резиновой крошки более 6 % приводит к росту консистенции раствора (табл.2), что, в свою очередь, приводит к необходимости увеличения водосмесевого отношения, которое сопровождается снижением прочности цементного камня. При этом наибольшее влияние на показатель консистенции оказывает содержание минерального волокна. Гранулярный наполнитель (резиновая крошка) влияет на показатель консистенции в меньшей степени, однако необходимо учитывать, что прочность цементного камня зависит от дисперсности наполнителя, то есть применение крупнодисперсной резиновой крошки приводит к резкому снижению прочностных свойств.

Нижний предел концентрации наполнителей ограничен снижением армирующих и демпфирующих свойств, а также плотностью тампонажной жидкости.

Содержание соли поливалентного металла зависит от конкретных горно-технических условий и ее состава. Применение водорастворимых полимеров, как правило, снижает прочность цементного камня, поэтому их содержание в тампонажной жидкости ограничено узкими пределами концентраций, достаточными для стабилизации системы, но не вызывающими резкого снижения механической прочности камня.

Тампонажные растворы готовят следующим образом. Полимерный реагент и хлорид кальция растворяют в воде, затем добавляют наполнители и портландцемент. В производственных условиях при приготовлении необходимо использовать усреднительную емкость.

Таблица 1Номер раствораПортландцементМинеральное волокно (размер не более 5 мм)Резиновая крошка (размер 1-3 мм)Хлорид кальцияОксиэтилированная целлюлозаАсбестБазальтовое волокно123-56711003-50,30,1521003-60,30,1531003-70.30,1541004-50.30,1551004-60.30.1561004-70.30,1571005-40.30,1581005-60.30,1591005-80.30,1510100-350,30,1511100-360,30,1512100-370.30,1513100-450.30,1514100-460.30,1515100-470.30,1516100-540.30,1517100-560.30,1518100-580.30,15

Предложенный состав тампонажного раствора эффективно использовать в интервалах залегания проницаемых пород для ликвидации поглощений и ремонтного цементирования.

Таблица 2Номер раствораТемпература, °СВодосмесевое отношениеРастекаемость, смПлотность
кг/м³Водоотделение, млПрочность на изгиб, МПВремя загустевания час-мин123456781400,619,516900,03,602-452400,619,016700,03,602-503400,618,516500,03,532-554400,6518,516000,03,522-525400,6518,016000,03,483-056400,6517,815900,03,453-157400,818,015000,01.453-558400,815,515000,01,354-409400,814,015000,01,155-0510400,621,016900.03,402-5611400,620,816700,03,383-0112400,620,016500,03,303-1013400,6520,216000,03,123-0814400,6519,616000,03,043-1515400,6519,015900,02,983-2216400,819,215000,01,254-0517400,816,815000,01,125-0318400,815,215000,01,045-16

Источники информации

1. А.с. СССР № 1470933, МКИ 4 Е 21 В 33/138, 07.04.89.

2. А.с. СССР № 1099049, МКИ 3 Е 21 В 33/138, 23.06.87.

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин. Технический результат - улучшение демпфирующих и адгезионных свойств тампонажных растворов, повышение седиментационной устойчивости и долговременное сохранение прочности цементного камня. Дисперсно-армированный тампонажный раствор, включающий тампонажный портландцемент, минеральное волокно, соль поливалентного металла, водорастворимый полимер и воду, в качестве минерального волокна содержит асбестовое или базальтовое волокно размером не более 5 мм, в качестве соли поливалентного металла хлористый кальций, в качестве водорастворимого полимера оксиэтилированную целлюлозу и дополнительно резиновую крошку размером 1-3 мм при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: портландцемент тампонажный 100, указанное минеральное волокно 3-4, оксиэтилированная целлюлоза -0,1-0,2, хлористый кальций - 0,3-0,4, указанная резиновая крошка - 5-7. 2 табл.

Дисперсно-армированный тампонажный раствор, включающий тампонажный портландцемент, минеральное волокно, соль поливалентного металла, водорастворимый полимер и воду, отличающийся тем, что в качестве минерального волокна он содержит асбестовое или базальтовое волокно размером не более 5 мм, в качестве соли поливалентного металла хлористый кальций, в качестве водорастворимого полимера- оксиэтилированную целлюлозу и дополнительно резиновую крошку размером 1-3 мм при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Портландцемент тампонажный100Указанное минеральное волокно3-4Оксиэтилированная целлюлоза0,1-0,2Хлористый кальций0,3-0,4Указанная резиновая крошка5-7