ПОЛИМЕРЦЕМЕНТНАЯ ТАМПОНАЖНАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 2008 года по МПК C09K8/467 

Изобретение относится к области нефтедобычи, а конкретно к тампонажным материалам, применяемым для крепления нефтяных и газовых скважин с температурным диапазоном эксплуатации от 0 до 100°С.

Известны многочисленные водоизоляционные материалы, среди которых наибольшее предпочтение отдается смесям на основе органических и минеральных вяжущих веществ (Ахметов А.А. Капитальный ремонт скважин на Уренгойском месторождении. Уфа. УГНТУ, 2000, с.219., Ахметов А.А., Клюсов И.А., Кривобородов Ю.Р. О долговечности цементного камня в сеноманских скважинах // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2000. №1, с.31-32).

Ближайшим техническим решением, выбранными авторами за прототип, является полимерцементная тампонажная композиция, применяемая фирмой Halliburton и представляющая собой тампонажный раствор из портландцемента, воды и полимерного связующего - латекса LA-2 (Обзор зарубежной литературы. «Цементы и тампонажные смеси, применяемые за рубежом». М.: ВНИИОЭНГ, 1977, с.13-14). Тампонажная композиция имеет ряд преимуществ, к числу которых относится низкая водоотдача, высокая начальная прочность цементного камня, хорошая пластичность, а также хорошая сопротивляемость к действию кислот и агрессивных пластовых флюидов.

Однако известная тампонажная композиция имеет недостаточную адгезию к поверхности обсадной колонны и к стенкам скважин и недостаточную прочность на изгиб отвержденного цементного камня.

Целью изобретения является создание безусадочной тампонажной композиции, лишенной указанных недостатков. Поставленная цель достигается тем, что известная тампонажная композиция, содержащая портландцемент, синтетическое связующее и воду, отличающаяся тем, что дополнительно содержит водно-полимерную систему поли-N-виниламида - «Конкрепол», а в качестве синтетического связующего дивинил-стирольный латекс СКС 65 ГПБ при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.:

Цемент100Латекс СКС-65 ГПБ7,5-12,5Конкрепол1,0-1,6Вода50

Указанное соотношение компонентов тампонажного раствора позволяет снизить водоотдачу, повысить сцепление с металлом труб и породой коллектора, снизить водогазонефтепроницаемость и увеличить прочность цементного камня. Применение предлагаемых хорошо растворимых в воде реагентов комплексного действия не осложняет процесс приготовления тампонажных растворов в лаборатории и при проведении работ на буровых. Сочетание в составе раствора дивинил-стирольного латекса и высокомолекулярного N-поливиниламида, устойчивых к полиминеральной агрессии и обладающих адгезионными свойствами, придает цементным растворам необходимые для заявляемого состава характеристики.

С целью улучшения смачиваемости и усиления пластифицирующих свойств в композицию в ряде случаев добавляют до 1 мас.% глицерина. Для получения заявляемого тампонажного раствора в лабораторных условиях были использованы следующие вещества:

1. Тампонажный портландцемент ПЦТ ДО-100 Сухоложского цементного завода.

2. Упрочняющая и адгезионная добавка Конкрепол производства ООО «Оргполимерсинтез СПб».

Применение отечественных ингредиентов комплексного действия на свойства цементных растворов упрощает создание тампонажных композиций, не уступающих по своим изоляционным характеристикам зарубежным аналогам.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующими примерами.

Пример 1.

В 50,0 мл воды вводят 10,0 г латекса и 1,0 г конкрепола. В полученном гомогенном растворе затворяют 100 г вяжущего вещества - цемента. После тщательного перемешивания состав выдерживают в термостате при 60°С в течение 30 мин, после чего определяют его реологические и прочностные характеристики. Выбранный режим предварительного прогрева цементного раствора приближен к условиям коагуляционного структурообразования при закачке его в скважину с температурой 80°С на глубину до 1800 м.

Реологические характеристики полученного полимерцементного раствора:

плотность, г/см³1,78растекаемость по АзНИИ, мм220водоотделение при 60°С, %3,0водоотдача при 60°С и при давлении 0,1 МПа3,4время начала схватывания, при 60°С час3,5время окончания схватывания 60°С, час18

Физико-механические показатели цементного камня из полимерцементного раствора:

прочность на сжатие, σ_сжат., МПа: через 2 суток19,91через 7 суток22,07прочность на изгиб, σ_изг., МПа: через 2 суток4,8через 7 суток6,6адгезия цементного камня к металлу, МПа3,71линейное расширение, %+0,20

Как видно из приведенных данных, разработанный полимерцементный тампонажный раствор по своим реологическим характеристикам отвечает требованиям ГОСТа 1581-96. Особо следует отметить его пониженную водоотдачу, не превышающую 5 см³/30 мин, что позволяет не увеличивать водоцементное отношение больше 0,5 при применении полимерных ингредиентов.

Вместе с тем, отвержденный цементный камень обладает повышенной прочностью на сжатие и изгиб (σ_изг. цементного камня, полученного по прототипу, составляет 4,9 МПа), повышенным сцеплением с обсадной колонной и отсутствием усадки.

Указанное соотношение компонентов тампонажного раствора является оптимальным, о чем свидетельствуют данные, приведенные в таблице (примеры 2-8). Полученные результаты сравнивались со стандартным раствором (пример 9).

ТаблицаСвойства полимерцементных тампонажных растворов№ примераСостав, % на 100 вес.ч. цементаХарактеристики цементного раствораВодоотделение, %Водоотдача, см³/30 минРастекаемость по АзНИИ, ммВремя начала схватывания при 60°С, час2латекс LA-2 -8; (прототип)5,028>2004,03латекс СКС-65 ГПБ - 7,5 конкрепол - 1;4,521-2,5 (кон 5,5)4латекс СКС-65 ГПБ - 10 конкрепол - 1,6;2,91,41903,55латекс СКС-65 ГПБ - 10;10281804,06конкрепол - 1;11133-3,57латекс СКС-65 ГПБ - 15 конкрепол - 1;3,04,51754,58латекс СКС-65 ГПБ - 10 конкрепол - 1,0; глицерин -1,02,52,02305,59стандартный раствор В/Ц=0,503 (по ГОСТне >7,5)1051651,5

Приведенные в таблице данные показывают, что только при одновременном введении в цементный раствор латекса и конкрепола обеспечиваются высокие реологические свойства тампонажной смеси. В отсутствие одного из полимерных составляющих (примеры 5, 6) существенно снижается водоотдача и увеличивается водоотделение. Оптимальное содержание латекса в тампонажной композиции составляет 10-15% на 100 вес.ч. цемента (сравн. примеры 1 с 3 и 7).

Увеличение содержания конкрепола свыше 1,6% (пример 4) не приводит к улучшению реологических свойств тампонажного раствора. Введение в тампонажную систему глицерина несколько повышает структурные свойства раствора (пример 8).

По своим реологическим характеристикам полимерцементная тампонажная композиция (пример 1) превосходит как контрольный образец (пример 9), так и композицию, полученную по прототипу (пример 2).

Ниже приведены физико-механические характеристики отвержденного тампонажного камня, полученного по прототипу:

прочность на сжатие, σ_сжат., МПа: через 2 суток20,35через 7 суток22,61прочность на изгиб, σ_изг., МПа: через 2 суток3,8через 7 суток5,6- адгезия цементного камня к металлу, МПа1,71- линейное расширение, %- 0,05

При сопоставлении физико-механических свойств тампонажного камня, полученного по предлагаемой рецептуре и по прототипу, нетрудно видеть, что по прочности на изгиб, по сцеплению с обсадной трубой и по линейному расширению разработанная тампонажная композиция превосходит известную композицию.

Необходимо также отметить, что для разработанной композиции характерна высокая начальная прочность цементного камня, обладающего повышенной пластичностью и сопротивляемостью к действию кислот и агрессивных пластовых флюидов (в частности, к действию сульфатосодержащих пластовых вод).

Проведенные на установке BPS-805 фильтрационные испытания искусственных кернов, изготовленных по рецептуре примеров 1, 2 и 9, показали значения абсолютной проницаемости по газу 0; 0,01 и 0,15 мДа соответственно.

Из приведенных данных видно, что применение предлагаемого тампонажного материала является весьма перспективным.

Изобретение относится к области нефтедобычи, а конкретно к тампонажным материалам, применяемым для крепления нефтяных и газовых скважин с температурным диапазоном эксплуатации от 0 до 100°С. Технический результат - создание безусадочной тампонажной композиции с низкой водоотдачей, высокими прочностными характеристиками и повышенной адгезией к породе и к обсадной трубе. Полимерная тампонажная композиция содержит, мас.ч.: цемент 100, латекс СКС-65 ГПБ 7,5-12,5, Конкрепол 1,0-1,6, вода 50. 1 табл.

Тампонажная композиция, содержащая портландцемент, синтетическое связующее и воду, отличающаяся тем, что дополнительно содержит водно-полимерную систему поли-N-виниламида - Конкрепол, а в качестве синтетического связующего дивинилстирольный латекс СКС 65 ГПБ при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.:

Цемент100Латекс СКС-65 ГПБ7,5-12,5Конкрепол1,0-1,6Вода50