СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ТВЕРДЕНИЯ ЦЕМЕНТНЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 2007 года по МПК C09K8/467 G05D21/00 C04B40/00 

Описание патента на изобретение RU2307145C1

Изобретение относится к нефтегазовой отрасли, конкретно к цементным тампонажным материалам, применяемым при креплении нефтяных и газовых скважин.

Для крепления нефтяных и газовых скважин наиболее эффективным материалом является тампонажный портландцемент, образующий при смешении с водой цементный тампонажный раствор, который закачивается в скважину и после твердения превращается в цементный камень.

Наиболее существенным недостатком цемента, как тампонажного материала, является сложность регулирования его скорости твердения. Суспензия цемента в воде, образующая тампонажный раствор, имеет сроки схватывания от 4 до 10 часов [1]. При этом в тампонажном растворе, находящемся в скважине в покое в течение 2-6 часов, происходят седиментационные процессы, приводящие к образованию флюидопроводящих каналов в формирующемся цементном камне [2]. Именно в этот период на скважинах чаще всего наблюдаются осложнения в виде затрубных газонефтепроявлений, часто переходящих в открытые фонтаны [3].

Регулирование твердения цементов с помощью реагентов ускорителей твердения [4], вводимых в жидкость затворения или в сухой портландцемент, приводит к преждевременному загустеванию тампонажного раствора и возникновению осложнений при цементировании скважин [5].

Поэтому необходимо максимально сократить время между окончанием операции цементирования и затвердеванием раствора с превращением его в цементный камень.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу является способ регулирования твердения цементных растворов путем ввода добавок в сухой тампонажный цемент [6].

Недостатком указанного способа является низкая эффективность применения реагентов-регуляторов (ускорителей) твердения, приводящая к преждевременному загустеванию тампонажного раствора и, как следствие, к возникновению осложнений.

Технической задачей настоящего изобретения является возможность устранения указанных недостатков.

Указанная задача решается тем, что в способе регулирования твердения цементных тампонажных растворов путем ввода ускорителя твердения в сухой цемент используют ускоритель твердения, помещенный в защитную оболочку, растворяющуюся при гидратации клинкерных минералов цемента.

Таким образом, в предлагаемом изобретении применяется новая технология ввода добавки в тампонажную композицию, что дает основание утверждать о соответствии предлагаемого решения критерию "новизна".

Сущность изобретения заключается в следующем. Добавка ускорителя твердения помещается в специальную оболочку, которая растворяется в с заданной скоростью в щелочной среде, образующейся при гидратации клинкерных минералов цемента. Скорость растворения задают за счет определенной толщины и состава защитного слоя, подобранной с учетом рН среды, температуры в скважине и продолжительности процесса цементирования. Полученную таким образом добавку вводят в расчетном количестве в сухой цемент, который затворяется в жидкости и закачивается в скважину. Поскольку при закачке и продавке тампонажного раствора благодаря защитной оболочке цемент не контактирует с добавкой ускорителя твердения, то свойства раствора на этом этапе процесса цементирования не меняются, что исключает осложнения при данной операции. При этом процессы гидратации и структурообразования идут с обычной скоростью. В процессе закачки и продавки цементного тампонажного раствора в скважину оболочка растворяется в растворе щелочи, образующейся при гидратации клинкерных минералов цемента, и поэтому добавка начинает реагировать с цементом только после доставки цементного раствора в необходимое место в скважине. При этом цементный раствор быстро твердеет.

В научно-технической литературе известно применение лекарственных препаратов, заключенных в растворимые оболочки. Как правило, это водо- или кислоторастворимые оболочки. Однако из научно-технической литературы неизвестно применение добавок с растворимой щелочной оболочкой для регулиирования скорости твердения тампонажных растворов, используемых при креплении скважин.

Это свидетельствует о соответствии предлагаемого изобретения критерию "изобретательский уровень".

Пример реализации способа.

Необходимо приготовить цементный тампонажный раствор для цементирования скважин, причем продолжительность операции составляет 3 часа.

Пример 1. Тампонажный раствор, приготовленный из тампонажного портландцемента ПЦТ-1-50 с водоцементным отношением (В/Ц), равным 0,5 при температуре 22°С, имел свойства, приведенные в таблице (опыт №1).

Пример 2. В качестве добавки ускорителя твердения использован водорастворимый силикат натрия (жидкое стекло) в количестве 2%, который был предварительно растворен в жидкости затворения (пресной воде).

Полученный тампонажный раствор имел показатели, приведенные в таблице (опыт №2).

Пример 3. В соответствии с предлагаемым способом жидкое стекло помещалось в оболочку из щелочерастворимого стекла, причем время растворения оболочки составляло 3 часа, которое было необходимо для приготовления, закачки и продавки цементного раствора в скважину. Полученная добавка - ускоритель твердения - добавлялась в сухой цемент, и полученная смесь затворялась водой.

Полученный таким образом тампонажный раствор имел показатели, приведенные в таблице (опыт №3).

Таким образом, время между окончанием процесса цементирования и началом схватывания цементного раствора составило 30 мин, тогда как в опыте 1 это время составило 4 час 45 мин.

Ввод добавки ускорителя согласно прототипу (опыт 2) привел к образованию непрокачиваемого тампонажного раствора, который нельзя использовать для цементирования скважин.

Пример 4. Необходимо приготовить цементный тампонажный раствор для цементирования скважин, причем продолжительность операции составляет 3 часа, температура в скважине 50°С.

В качестве добавки ускорителя твердения использован хлорид кальция в количестве 8%, который был предварительно смешан с сухим цементом, и полученная смесь затворялась пресной водой. Полученный тампонажный раствор имел показатели, приведенные в таблице (опыт №4).

Пример 5. Готовился раствор для тех же условий, что и пример 4.

В соответствии с предлагаемым способом хлорид кальция помещался в щелочерастворимую оболочку (карбонизированное жидкое стекло), причем время растворения оболочки составляло, как и в предыдущем примере, 3 часа. Полученная добавка ускорителя твердения добавлялась в сухой цемент, и полученная смесь затворялась водой.

Приготовленный тампонажный раствор имел показатели, приведенные в таблице (опыт №5). Таким образом, время между окончанием процеса цементирования и началом схватывания цементного раствора составило 45 мин.

Ввод добавки ускорителя в цемент согласно прототипу (опыт 4) привел к ускорению твердения и сокращению прокачиваемости, которое было меньше продолжительности операции цементирования, т.е. получению цементного тампонажного раствора, который нельзя использовать для цементирования скважины при заданных условиях.

Уменьшением количества добавки можно для заданных условий приготовить раствор с прокачиваемостью, одинаковой с раствором, приготовленным по заявляемому способу (3 час 20 мин), см. таблицу (опыт 6).

Из таблицы видно, что в опыте 6 время между окончанием операции цементирования и началом схватывания раствора составило 1 час 35 мин, тогда как по предлагаемому способу всего 40 мин.

Во всех цементных тампонажных растворах, приготовленных согласно предлагаемому способу, сокращено время между окончанием цементирования и началом схватывания цементного раствора. Именно этот период времени является наиболее опасным, с точки зрения возникновения нефтегазопроявлений и образования каналов в твердеющем цементном тампонажном растворе. Указанный пример реализации способа показывает соответствие предлагаемого изобретения критерию «промышленная применимость».

Источники информации

1. ГОСТ 1581-96.

2. Газопроявления в скважинах и борьба с ними / А.И.Булатов, В.И.Рябченко, И.А.Сибирко, Н.А.Сидоров. - М: Недра, 1969.

3. Малеванский В.Д. Открытые газовые фонтаны и борьба с ними. - М.: Гостоптехиздат, 1963. - 212 с.

4. Данюшевский B.C., Алиев P.M., Толстых И.Ф. Справочное руководство по тампонажным материалам. - 2-е изд. М.: Недра, 1987. Стр. 156.

5. Соловьев Е.М. Заканчивание скважин. М., Недра, 1979.

6. Данюшевский B.C., Алиев P.M., Толстых И.Ф. Справочное руководство по тампонажным материалам. - 2-е изд. М.: Недра, 1987. Стр. 204.

Таблица№ опытаДобавка%Способ ввода добавкиТемпература, °СРастекаемость, см после перемешивания, часСроки схватывания, ч-минПрокачиваемость р-ра, ч-мин0122,53началоконец1Без добавок--22247-459-306-052Жидкое стекло2,0Прототип22122-153-10Непрокачиваем3Жидкое стекло2,0По предлагаемому способу2224221918173-304-103-154Хлорид кальция8,0Прототип5025201614123-054-202-305Хлорид кальция8,0По предлагаемому способу5024212019173-404-303-206Хлорид кальция3,0Прототип5025232119184-355-203-25

Похожие патенты RU2307145C1

название год авторы номер документа
ТАМПОНАЖНЫЙ СОСТАВ ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН В УСЛОВИЯХ НОРМАЛЬНЫХ И ПОНИЖЕННЫХ ТЕМПЕРАТУР (ВАРИАНТЫ) 2014
  • Яценко Владимир Анатольевич
  • Полетаев Александр Николаевич
  • Ильясов Сергей Евгеньевич
  • Окромелидзе Геннадий Владимирович
  • Гаршина Ольга Владимировна
  • Чугаева Ольга Александровна
  • Уткин Денис Анатольевич
  • Дудоров Павел Анатольевич
  • Кудимов Иван Андреевич
  • Фигильянтов Александр Павлович
RU2545208C1
СПОСОБ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ 2001
  • Кузнецова О.Г.
  • Татауров В.Г.
  • Чугаева О.А.
  • Фефелов Ю.В.
RU2203389C2
Тампонажный раствор 1979
  • Волошин Всеволод Андреевич
  • Жорин Виктор Викторович
  • Бернштейн Михаил Владимирович
  • Тимовский Виктор Петрович
  • Вольтерс Александр Альвианович
  • Катеев Ирек Сулейманович
SU966227A1
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА 2002
  • Мосиенко В.Г.
  • Гасумов Р.А.
  • Климанов А.В.
  • Нерсесов С.В.
  • Петялин В.Е.
  • Пономаренко М.Н.
  • Андреев О.П.
  • Ставкин Г.П.
RU2213844C1
Тампонажный раствор 1977
  • Вагнер Галина Райнгольдовна
  • Детков Виктор Петрович
  • Горбачев Владимир Михайлович
  • Круглицкий Николай Николаевич
  • Салдугей Михаил Маркович
SU697688A1
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ОБЛЕГЧЕННОГО ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА 2002
  • Татауров В.Г.
  • Чугаева О.А.
  • Кузнецова О.Г.
  • Фефелов Ю.В.
  • Акулов Б.А.
  • Зуева Н.А.
  • Сажина Е.М.
RU2215124C1
ТАМПОНАЖНЫЙ СОСТАВ "РЕОЛИТ" 2013
  • Зинатуллин Марс Халиуллович
  • Зинатуллина Ирина Павловна
RU2520608C1
СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ОБСАДНЫХ КОЛОНН 2002
  • Колотов А.В.
  • Попов В.А.
  • Созонов А.М.
  • Садовский В.К.
RU2211305C1
ТАМПОНАЖНЫЙ СОСТАВ ДЛЯ УСТАНОВКИ ЗАРЕЗНЫХ ОПОРНЫХ МОСТОВ 2010
  • Кузнецова Ольга Григорьевна
  • Фефелов Юрий Владимирович
  • Чугаева Ольга Александровна
  • Зуева Нина Аркадьевна
  • Кохан Константин Владимирович
  • Сажина Елена Михайловна
RU2434923C1
Тампонажный раствор 1990
  • Курбанов Яраги Маммаевич
  • Никашин Сергей Эдуардович
  • Калугина Нина Яковлевна
SU1789665A1

Реферат патента 2007 года СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ТВЕРДЕНИЯ ЦЕМЕНТНЫХ РАСТВОРОВ

Изобретение относится к нефтегазовой отрасли, конкретно, к тампонажным материалам, применяемым при креплении нефтяных и газовых скважин. Для регулирования твердения цементных тампонажных растворов в сухой цемент вводят ускоритель твердения, помещенный в защитную оболочку, растворяющуюся при гидратации клинкерных минералов цемента. Технический результат - предотвращение преждевременного загустевания тампонажного раствора, сокращение времени между окончанием операции цементирования и затвердеванием раствора, исключение осложнений при цементировании. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 307 145 C1

Способ регулирования твердения цементных тампонажных растворов путем ввода ускорителя твердения в сухой цемент, отличающийся тем, что используют ускоритель твердения, помещенный в защитную оболочку, растворяющуюся при гидратации клинкерных минералов цемента.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2007 года RU2307145C1

ДАНЮШЕВСКИЙ B.C
и др
Справочное руководство по тампонажным материалам
- М.: Недра, 1987, с.6, 20, 196-216
Способ приготовления комплексного реагента для тампонажных растворов 1983
  • Булатов Анатолий Иванович
  • Гень Олег Петрович
  • Рябова Любовь Ивановна
  • Додонова Светлана Ефимовна
SU1121398A1
Способ цементажа интервалов поглощения промывочной жидкости в скважине 1956
  • Дюков Л.М.
SU108835A1
Способ цементирования обсадных колонн 1987
  • Минаев Борис Павлович
SU1479620A1
ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ИЛИ ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА 1924
  • Аржаников А.М.
SU1057A1
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. 1921
  • Богач Б.И.
SU3A1

RU 2 307 145 C1

Авторы

Мяжитов Рафаэль Сяитович

Каримов Ильшат Назифович

Алибаев Ильдар Абдулхаевич

Агзамов Фарит Акрамович

Даты

2007-09-27Публикация

2006-02-08Подача