СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХЛЕГКОГО ТАМПОНАЖНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ УСЛОВИЙ МНОГОЛЕТНИХ МЕРЗЛЫХ ПОРОД Российский патент 2007 года по МПК C09K8/473 

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин и касается составов тампонажных материалов, используемых при цементировании обсадных колонн в условиях многолетних мерзлых пород.

Известен состав тампонажного раствора, содержащего тампонажный портландцемент, наполнитель в виде аппретированных стеклянных микросфер марки МСО А9 в количестве от 3,5 до 13,2 мас.%, модифицирующие добавки суперпластификатор НКНС-1 "40-03" и гидрофобизатор ГМЖ и воду (RU №1640367, кл. Е21В 33/138, опубл. 1991).

Наиболее близким аналогом предложенного изобретения является сырьевая смесь для получения сверхлегкого теплозащитного тампонажного материала для условий многолетних мерзлых пород, содержащая, мас.%: тампонажный портландцемент - 34,4-43,3, полые стеклянные микросферы - 13,0-17,2, суперпластификатор С-3 - 0,26-0,32, вода - остальное или тампонажный портландцемент - 36,55-45,3, аппретированные полые стеклянные микросферы - 13,25-18,5, суперпластификатор С-3 - 0,28-0,34, вода - остальное (RU №2003131944, опубл. 27.04.2005).

Цель настоящего изобретения - повышение трещиностойкости тампонажного материала, эффективная герметизация затрубного и межтрубного пространства при креплении нефтегазовых скважин с одновременной защитой многолетних мерзлых пород (ММП) от растепления в процессе перфорации и эксплуатации скважин.

Поставленная цель достигается за счет того, что сырьевая смесь для получения сверхлегкого тампонажного материала для условий многолетних мерзлых пород, включающая тампонажный портландцемент (ПЦТ), полые стеклянные микросферы (ПСМС), дополнительно содержит аппретированные 0,3 мас.% γ-аминопропилтриэтоксисилана полые стеклянные микросферы (АПСМС) при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: тампонажный портландцемент - 32,05...41,32, полые стеклянные микросферы - 1,65...5,98, указанные аппретированные полые стеклянные микросферы - 5,95...14,9, вода - остальное.

Полые стеклянные микросферы и аппретированные полые стеклянные микросферы имеют удельную поверхность 44100 см²/г и серийно выпускаются промышленностью России по ТУ 6-36 и ТУ 6-11-156. В качестве вяжущего используется портландцемент тампонажный, который производится по ГОСТ 1581-96.

Сверхлегкий тампонажный материал повышенной трещиностойкости приготавливается и закачивается с использованием традиционного цементировочного оборудования.

Предлагаемый сверхлегкий тампонажный материал повышенной трещиностойкости позволяют: получить цементный тампонажный материал с плотностью до 0,83 г/см³, обладающий прочностью при изгибе в возрасте 2 сут от 0,6 до 0,92 МПа при температуре твердения (20±2)°С и от 1 до 1,8 МПа при температуре твердения (75±2)°С. Такие значения значительно превосходят требования ГОСТ РФ для облегченных цементных тампонажных материалов, так как прочность на растяжение при изгибе для них должна быть не менее 1 МПа. Предлагаемый материал имеет прочность сцепления со стальной обсадной трубой до 2,85 МПа, прочность сцепления с горными породами: с известняком - до 5,9 МПа, с песчаником - до 5,4 МПа, которые во времени увеличиваются за счет продолжающейся гидратации тампонажного портландцемента и набора прочности. Это позволит исключить использование дорогостоящих лифтовых теплоизолирующих труб; значительно ускорить завершающие работы на скважине; существенно повысить надежность системы "обсадная труба-цементное кольцо-горная порода" после перфорации и при эксплуатации скважин. Сравнительные данные об известных и предлагаемых тампонажных материалах и свойства приведены в табл.1 и 2. Результаты подтверждают, что получен сверхлегкий тампонажный материал повышенной трещиностойкости по показателям трещиностойкости и вязкости разрушения после старта магистральной трещины. Тампонажный материал по изобретению имеет высокую прочность сцепления со стальной обсадной трубой и горными породами, что повышает надежность конструкции скважины. С увеличением срока эксплуатации скважины повышается прочность сцепления цементного камня со стальной обсадной трубой и горными породами, обеспечивается защита ММП от растепления.

Применение предлагаемого тампонажного материала дает возможность значительно снизить трудовые, энергетические, материальные и финансовые затраты при строительстве, повысить надежность при эксплуатации нефтяных и газовых скважин.

Таблица 1
Физико-механические свойства сверхлегкого тампонажного материала повышенной трещиностойкости в возрасте 2 сут. Условия испытания: температура 75°С/22°С, давление атм№Состав раствора, мас.%В/ЦПлотность раствора, г/см³Прочность сцепления с, МПаПрочность, МПа*обсадной трубойизвестнякомпесчаникомизгибсжатие1234567891ПЦТ - 66,67 Вода - 33,330,51,812,37/1,75,3/2,165,2/2,15,64/2,8217,9/9,22ПЦТ - 41,32        ПСМС - 2,071,120,932,15/1,15,1/2,585,5/2,71,8/0,923,9/1,9 АПСМС - 10,33 Вода - 46,28       3ПЦТ - 40,82        ПСМС - 4,081,150,942,25/1,125,23/2,25,7/2,71,75/0,873,7/1,75 АПСМС - 8,16 Вода - 46,94       4ПЦТ - 39,68        ПСМС - 5,951,220,972/1,054,9/2,55,3/2,851,6/0,853,4/1,6 АПСМС - 5,95 Вода - 48,42       5ПЦТ - 33,11        ПСМС - 1,651,520,832,75/1,835,74/2,46,2/2,91,15/0,82,4/1,4 АПСМС - 14,9 Вода - 50,34       6ПЦТ - 32,79        ПСМС - 3,28 АПСМС - 13,111,550,852,85/1,435,9/2,86,4/3,21,1/0,752,3/1,3 Вода - 50,82       7ПЦТ - 32,05        ПСМС - 4,811,620,892,6/1,315,6/2,46,04/2,91/0,62,1/1,1 АПСМС - 11,22 Вода - 51,92       Примечание: над чертой - значение при температуре твердения 75°С, под чертой - при 22°С.

Таблица 2
Параметры трещиностойкости и вязкости разрушения сверхлегкого тампонажного материала повышенной трещиностойкости в возрасте 2 сут, сформированного при Т=75/22°С№Состав раствора, мас.%В/ЦПлотность раствора, г/см³Параметры трещиностойкости и вязкости разрушения, Дж/м²G_iG_LG_c1234567 ПЦТ - 66,670,51,8137,5/18,755,6/27,393,1/471Вода - 33,33 ПЦТ - 41,32      ПСМС - 2,071,120,9322,1/11,561/30,683,1/42,12АПСМС - 10,33 Вода - 46,28      ПЦТ - 40,82     3ПСМС - 4,081,150,9421,8/10,959/30,180,8/41АПСМС - 8,16 Вода - 46,94      ПЦТ - 39,68     4ПСМС - 5,951,220,9720,3/9,958,2/29,178,5/39АПСМС - 5,95 Вода - 48,42      ПЦТ - 33,11     5ПСМС - 1,651,520,8318,1/9,355,1/2873,2/37,3АПСМС - 14,9 Вода - 50,34      ПЦТ - 32,79     6ПСМС - 3,281,550,8517,8/8,954,2/27,372/36,2АПСМС - 13,11 Вода - 50,82      ПЦТ - 32,05     7ПСМС - 4,811,620,8916,2/8,252/25,868,2/34АПСМС - 11,22 Вода - 51,92     Примечание:
G_i - удельные энергозатраты на трещинообразование;
G_L - удельные энергозатраты на сопротивление росту магистральной трещины (вязкое разрушение);
G_c - удельные энергозатраты на полное разрушение.
* - удельные энергозатраты находятся по полностью равновесным диаграммам деформирования и разрушения путем деления энергозатрат на площадь поперечного сечения образца в соответствии с ГОСТ 29167-91.

Настоящее изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин и касается составов тампонажных материалов, используемых при цементировании обсадных колонн в условиях многолетних мерзлых пород. Технический результат - повышение трещиностойкости тампонажного материала, эффективная герметизация затрубного и межтрубного пространства при креплении нефтегазовых скважин с одновременной защитой многолетних мерзлых пород (ММП) от растепления в процессе перфорации и эксплуатации скважин. Сырьевая смесь для получения сверхлегкого тампонажного материала для условий многолетних мерзлых пород, включающая портландцемент тампонажный и полые стеклянные микросферы, воду, дополнительно содержит аппретированные 0,3 мас.% γ-аминопропилтриэтоксисилана полые стеклянные микросферы при соотношении ингредиентов, мас.%: портландцемент тампонажный - 32,05...41,32, полые стеклянные микросферы - 1,65...5,98, указанные аппретированные полые стеклянные микросферы - 5,95...14,9, вода - остальное. 2 табл.

Сырьевая смесь для получения сверхлегкого тампонажного материала для условий многолетних мерзлых пород, включающая портландцемент тампонажный и полые стеклянные микросферы, воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит аппретированные 0,3 мас.% γ-аминопропилтриэтоксисилана полые стеклянные микросферы при соотношении ингредиентов, мас.%:

портландцемент тампонажный32,05...41,32полые стеклянные микросферы1,65...5,98указанные аппретированные полые стеклянные микросферы5,95...14,9водаостальное