РАСШИРЯЮЩИЙСЯ ТАМПОНАЖНЫЙ СОСТАВ Российский патент 2014 года по МПК C09K8/467 

Изобретение относится к тампонажным составам для цементирования обсадных колонн в нефтяных, газовых и газоконденсатных скважинах.

Известен тампонажный состав, содержащий портландцемент, суперпластификатор С-3, сульфацелл и воду /Патент №2136843, Е21В 33/138, опубл. 10.09.1999/.

Недостатком данного состава является низкая изолирующая способность из-за отсутствия расширения камня и повышенной величины контракции.

Наиболее близким по составу и назначению является тампонажный состав, содержащий тампонажный цемент, реагент - стабилизатор, минеральную добавку и воду при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Тампонажный цемент 100 Реагент - стабилизатор 0,2-1,2 Минеральная добавка 2,0-3,0 Вода 40-50

/Патент №2256775, Е21В 33/138, опубл. 20.07.2005/.

Недостатком данного состава является отсутствие расширения при твердении в камень и высокое значение величины контракции, следовательно, снижение изолирующей способности.

Отсутствие расширения при твердении состава не позволяет формировать напряженный контакт камня с ограничивающими поверхностями и обеспечивать высокую герметичность в кольцевом пространстве при наличии фильтрационной глинистой корки бурового раствора, что в совокупности с контракцией может привести к флюидопроявлениям или межпластовым перетокам. В процессе контракции и развития вакуума происходит обезвоживание фильтрационной глинистой корки бурового раствора, усадка и образование трещин, но при этом отсутствует возможность компенсации изменения ее свойств ввиду отсутствия уплотняющего действия со стороны твердеющего без расширения тампонажного камня. Кроме этого, в результате контракционного разрежения и снижения давления в интервале цементирования возрастает вероятность проникновения в затрубное пространство пластового флюида (газа) с дальнейшей миграцией в вышележащие (нижележащие) проницаемые пласты или до устья скважины.

При создании изобретения решалась задача повышения качества крепления обсадных колонн в интервале продуктивных пластов с умеренными температурами в диапазоне от 50 до 100°C.

Техническим результатом изобретения является повышение изолирующей способности тампонажного раствора на основе расширяющегося тампонажного состава за счет его расширения при твердении в камень и одновременного снижения контракции.

Решение поставленной задачи и технического результата достигается тем, что расширяющийся тампонажный состав включает тампонажный цемент, тонкодисперсную неорганическую добавку, гидроксиэтилцеллюлозу, хлористый натрий (NaCl) или хлористый калий (KCl) и воду при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Тампонажный цемент 75,0-85,0 Тонкодисперсная неорганическая добавка 15,0-25,0 Гидроксиэтилцеллюлоза 0,3-0,6 Хлористый натрий или хлористый калий 5,0-10,0 Вода 37,4-47,7

В качестве тонкодисперсной неорганической добавки расширяющийся тампонажный состав содержит мел природный технический дисперсный (МТД-2), или кварц молотый пылевидный (Кварц Б), или заполнитель кремнеземистый тонкомолотый (КРТЗ).

В качестве гидроксиэтилцеллюлозы расширяющийся тампонажный состав содержит неионогенные марки гидроксиэтилцеллюлозы типа Натросол 250 GXR, или Натросол 250 MX, или Натросол 250 EXR.

В качестве тонкодисперсной неорганической добавки использовались: мел природный технический дисперсный по ТУ 5743-008-05120542-96, представляющий собой порошкообразный продукт белого цвета, получаемый путем дробления, сушки, тонкого помола природного карбоната кальция; кварц молотый пылевидный по ГОСТ 9077-82, представляющий собой твердый природный материал светло-серого цвета высокой степени дисперсности; заполнитель кремнеземистый тонкомолотый по ТУ 5712-046-00187085-2006, представляющий собой порошкообразный продукт светло-коричневого цвета, получаемый путем тонкого помола природного кремнезема.

В качестве гидроксиэтилцеллюлозы применялись неионогенные марки гидроксиэтилцеллюлозы типа Натросол 250 GXR, Натросол 250 MX, Натросол 250 EXR по ТУ 2231-001-21095737-2005, представляющие собой гранулированные порошки, которые быстро растворяются в воде, образуя растворы различной вязкости. Типичная вязкость по Брукфилду 2% водных растворов добавок при 25°C составляет: 50-105 мПа·с для Натросол 250 EXR, 250-450 мПас для Натросол 250 GXR, 4500-6500 мПас для Натросол 250 MX.

Использовался хлорид натрия по ГОСТ 4233-77 или хлорид калия по ГОСТ 4568-95.

Определение основных свойств тампонажного раствора и камня проводили при температуре (75±3)°C в соответствии с ГОСТ 26798.1-96 «Цементы тампонажные. Методы испытаний». Плотность тампонажного раствора определяли пикнометром, растекае-мость формой-конусом, водоотделение - в двух цилиндрах объемом 250 мл, предел прочности камня на изгиб и сжатие - на испытательной машине для определения прочности на изгиб/сжатие модель L11V2 №07003613 (Италия, фирма «Controls s.r.L»), контракцию, расширение и усадку тампонажного раствора при твердении в камень - на приборе модель 4268 ES (США, фирма «Chandler Engineering»).

Расширяющийся тампонажный состав готовили следующим образом. Хлорид натрия или хлорид калия и гидроксиэтилцеллюлоза растворялись в воде при перемешивании на магнитной мешалке ММ-5 до полного растворения. Сухая смесь готовилась путем ручного перемешивания тампонажного цемента и тонкодисперсной неорганической добавки в заданных соотношениях. Затем на водном растворе реагентов производилось затворение сухой смеси в смесителе лабораторном СЛ-1 согласно ГОСТ 26798.1-96. После этого замерялись параметры раствора и определялись свойства сформированного камня.

Раствор прототипа также приготовлен в лабораторных условиях и замерены его параметры.

Пример. Для приготовления расширяющегося тампонажного состава (таблица, состав 9) необходимо взять 427 г воды, 70 г NaCl, 3 г Натросол 250 GXR, затем приготовить сухую смесь из 800 г тампонажного портландцемента и 200 г МТД-2. Затворенный состав перемешивают три минуты и определяют плотность, растекаемость, водоотделение. Раствор заливают в формы для определения прочности камня при изгибе, сжатии и в ячейку прибора 4268 ES для определения контракции, расширения и усадки при температуре (75±3)°C.

Приготовленный состав имеет плотность 1,93 г/см³, растекаемость 189 мм, водоотделение 0,0 мл, прочность камня при изгибе 6,5 МПа, прочность камня при сжатии 33,2 МПа, расширение камня 1,26%, контракцию раствора при твердении в камень - 2,0

Примеры приготовления и испытания остальных составов, приведенных в таблице, аналогичны вышеописанному.

Для выявления отличительных признаков и положительного эффекта изменяли массовые соотношения ингредиентов.

Совокупность тампонажного цемента, гидроксиэтилцеллюлозы, хлористого натрия или хлористого калия, тонкодисперсной неорганической добавки и воды в результате проявления синергетического эффекта придает тампонажному составу новое свойство - сочетание расширяющейся способности и низкой контракции при твердении в камень.

Как видно из таблицы, заявляемый расширяющийся тампонажный состав с оптимальным соотношением компонентов превосходит известные из уровня техники аналоги, а именно, характеризуется расширяющейся способностью и низкой контракцией при твердении в камень.

Изобретение относится к тампонажным составам для цементирования обсадных колонн в нефтяных, газовых и газоконденсатных скважинах. Технический результат - повышение изолирующей способности тампонажного раствора на основе расширяющегося тампонажного состава за счет его расширения при твердении в камень и одновременного снижения контракции. Расширяющийся тампонажный состав включает тампонажный цемент, тонкодисперсную неорганическую добавку, гидроксиэтилцеллюлозу, хлористый натрий или хлористый калий и воду при следующем соотношении компонентов, мас.ч: тампонажный цемент 75,0-85,0, тонкодисперсная неорганическая добавка 15,0-25,0, гидроксиэтил-целлюлоза 0,3-0,6, указанная солевая добавка 5,0-10,0, вода 45,0-55,0. В качестве тонкодисперсной неорганической добавки расширяющийся тампонажный состав содержит мел природный технический дисперсный, или кварц молотый пылевидный, или заполнитель кремнеземистый тонкомолотый. В качестве гидроксиэтилцеллюлозы расширяющийся тампонажный состав содержит неионогенные марки типа Натросол 250 GXR, или Натросол 250 MX, или Натросол 250 EXR. 2 з.п. ф-лы, 1 пр., 1 табл.

1. Расширяющийся тампонажный состав, включающий тампонажный цемент, тонкодисперсную неорганическую добавку, гидроксиэтилцеллюлозу, хлористый натрий или хлористый калий и воду при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Тампонажный цемент 75,0-85,0 Тонкодисперсная неорганическая добавка 15,0-25,0 Гидроксиэтилцеллюлоза 0,3-0,6 Хлористый натрий или хлористый калий 5,0-10,0 Вода 45,0-55,0

2. Расширяющийся тампонажный состав по п.1 содержит в качестве тонкодисперсной неорганической добавки мел природный технический дисперсный, или кварц молотый пылевидный, или заполнитель кремнеземистый тонкомолотый.

3. Расширяющийся тампонажный состав по п.1 содержит неионогенные марки гидроксиэтилцеллюлозы типа Натросол 250 GXR, или Натросол 250 MX, или Натросол 250 EXR.