ТАМПОНАЖНЫЙ СОСТАВ "РЕОЛИТ" Российский патент 2014 года по МПК C09K8/467 

Описание патента на изобретение RU2520608C1

Изобретение относится к области нефтедобычи, в частности к строительству и ремонту скважин, при цементировании обсадных колонн и проведении водоизоляционных работ при низких и нормальных скважинных температурах.

Известен тампонажный раствор (патент RU №2315077, МПК С09K 8/467, опубл. 20.01.2008 г.), содержащий портландцемент, воду и пластификатор - алкилбензилметиламин хлорид и поливинилпирролидон при следующем соотношении компонентов мас.%: портландцемент - 66, алкилбензилметиламинхлорид - 0,1-0,3, поливинилпирролидон - 0,2, вода - остальное.

Известен тампонажный состав для установки зарезных опорных мостов (патент RU №2434923, МПК С09K 8/467, опубл. 27.11.2011), содержащий Микродур, ускоритель сроков схватывания, добавку и воду, дополнительно содержит портландцемент, в качестве добавки - пластификатор - поликарбоксилат Melflux F и пеногаситель - Полицем ДФ, а в качестве ускорителя сроков схватывания - полиоксихлорид алюминия и хлорид кальция при их массовом соотношении 1:4, при этом все компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%: портландцемент - 65,3-70,4, Микродур - 0,72-7,6, указанный пластификатор - 0,02-0,23, Полицем ДФ - 0,07-0,15, полиоксихлорид алюминия - 0,06-0,53, хлорид кальция - 0,24-2,12, вода техническая - 24,1-28,5

Известен полимерцементный тампонажный раствор для низкотемпературных скважин (патент RU №2370515, МПК С09K 8/487, опубл. 20.10.2009), содержащий портландцемент, понизитель водоотдачи - CFL-117, адгезионную добавку - Конкрепол, расширяющую добавку и воду. В качестве портландцемента раствор содержит портландцемент ПТЦ-50-1-50, а в качестве расширяющей добавки - НРС-1М при следующем соотношении компонентов, вес.ч.: портландцемент ПТЦ-50-1-50 - 90-92, CFL-117 - 0,2-0,3, Конкрепол - 1,0, НРС-1 М - 8-10, вода - 45-50.

Известен полимерцементный тампонажный раствор (патент RU №2319722, МПК С09K 8/467, опубл. 20.03.2008), ближайший по технической сущности к заявляемому составу и принятый за прототип, содержащий цемент, полимерную добавку и воду, в качестве добавки содержит понизитель водоотдачи - CFL-117 и упрочняющую и адгезионную - Конкрепол (поливинилпирролидон) при следующем соотношении ингредиентов, вес.ч.: цемент - 100, CFL-117 - 0,4-0,8, Конкрепол - 0,6-1,0, вода - 42-50.

Недостатком известного тампонажного раствора являются невысокие реологические характеристики (прокачиваемость) полимерцементного раствора и недостаточная адгезия к поверхности обсадной колонны и к стенкам скважин при введении в композицию минеральных расширяющих добавок.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение качества цементного камня: увеличение прочности цементного камня на сжатие и изгиб, его сцепления с обсадными трубами, снижение проницаемости и контракции при сохранении высокой подвижности (прокачиваемости) полимерцементной суспензии.

Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в повышении изолирующей способности, адгезионных свойств и уменьшение водоотделения образующегося цементного камня при цементировании обсадных колонн и проведении водоизоляционных работ в скважинах в условиях низких и нормальных скважинных температур.

Указанный технический результат достигается тем, что в тампонажном составе, содержащем цемент и комплексную добавку, новым является то, что в качестве цемента содержит портландцемент, комплексная добавка состоит из поливинилпирролидона, поликарбоксилата и воды технической, а также дополнительно содержит ультрадисперсный кремнезем и пеногаситель, при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:

В качестве поликарбоксилата содержит поликарбоксилат Melflux 1641F.

В качестве пеногасителя содержит пеногаситель Пента-465.

В качестве ультрадисперсного кремнезема содержит ультрадисперсный кремнезем БС-120.

Тампонажный состав с повышенными характеристиками прочности и долговечности цементного камня готовится на основе модифицирования структуры - регулирования химических и физико-химических процессов, протекающих при гидратации цемента. Такой способ модификации, как снижение содержания дисперсной среды (водоцементного отношения) при введении супер- и гиперпластификаторов, использование ультрадисперсных и наноструктурирующих добавок позволяет в первую очередь уплотнить структуру цементного камня и, как следствие, повысить его прочностные и изолирующие свойства.

Максимально снизить содержание дисперсионной среды (водоцементное отношение) в предлагаемом тампонажном составе позволяет введение поликарбоксилата Melflux 1641F, механизм действия которого, в отличие от обычных суперпластификаторов, обеспечивается за счет электростатического и стерического эффектов и позволяет получить необходимую подвижность тампонажного состава не только в процессе затворения, но и в процессе закачки и продавки его в заколонное пространство в скважине. При этом количество дисперсной среды в тампонажном составе остается достаточным для гидратации цемента и формирования качественного цементного камня. Добавка поликарбоксилата Melflux 1641F не оказывает значительно замедляющего эффекта при схватывании тампонажного состава, но улучшает прочностные свойства цементного камня за счет диспергирующего действия, которое способствует уплотнению структуры цементного камня за счет более плотной упаковки частиц цемента, не требуется большого количества добавки для получения максимального эффекта пластификации.

Добавка в тампонажный состав неионогенного высокомолекулярного полимера поливинилпирролидона приводит к стабилизации системы. Улучшаются фильтрационные свойства тампонажного раствора, дополнительно увеличиваются сроки схватывания и время набора пластической прочности. За счет эффективного снижения пористости и увеличения содержания нитевидных кристаллов C3SH в общей кристаллической структуре цементного камня, которая приобретает спутанно-волокнистый характер, увеличиваются прочность на сжатие и изгиб и адгезионные свойства тампонажного камня.

Добавка в тампонажный состав ультрадисперсного кремнезема наноразмерного масштаба частиц оказывает наибольшое влияние на прочностные свойства цементного камня. Средний диаметр наночастиц кремнезема (19-27 нм) в 103 раз меньше частиц самого цементного клинкера. Такие частицы приобретают иную физико-химическую и механохимическую активность, в силу чего могут принципиальным образом изменять процессы синтеза, структурообразования, менять термодинамическую и энергетическую обстановку в дисперсной системе, какой является тампонажный состав. Расчеты показывают, что уже при дозировке наноразмерных частиц кремнезема 0,1% от массы цемента в системе появляется порядка 105 м2 дополнительной активной площади раздела фаз и 2 МДж избыточной поверхностной энергии. Введение ультрадисперсного кремнезема в предлагаемом тампонажном составе позволяет существенным образом изменить обстановку формирования системы твердения. Структурообразующее участие и модифицирующее влияние микродобавки кремнезема в системе цемент-ультрадисперсный кремнезем заключается в связывании выделяющегося при гидратации цемента портландита активным компонентом ультрадисперсным кремнеземом в низкоосновные гидросиликаты кальция, а также микроармирующим действием образующихся гидроацетоалюминатов кальция, кристаллы которых повышают плотность и прочность цементного камня. Ультрадисперсный кремнезем в сочетании с образующимися гидроацетоалюминатами кальция принимает непосредственное участие в формировании структуры цементного камня, встраиваясь в структуру гидратов и заполняя поры, тем самым повышая непроницаемость цементного камня; а также приводит к образованию первичного каркаса, что обеспечивает кинетику набора прочности цементного камня на ранних сроках твердения.

Введение в состав комплексной добавки дополнительно пеногасителя Пента-465 позволяет исключить пенообразование в цементном растворе, которое в результате может привести к формированию пористого цементного камня и, как следствие, снижению его прочности.

Тампонажный состав «Реолит», содержащий портландцемент, комплексную добавку и воду, был испытан в лабораторных условиях. Для его приготовления были использованы следующие вещества: портландцемент ГОСТ 1581-96; вода техническая с жесткостью не более 5 мг-экв/л; полимерный водный раствор высокомолекулярного поливинилпиррилидона (реагент Конкрепол), выпускается ООО «ОргполимерсинтезСПБ» (Санкт-Петербург, Россия) по ТУ 9365-001-13802623-2003; суперпластификатор Melflux 1641 F, производитель BASF Constraction Polymers (Trostberg, Германия), химический состав - порошковый продукт, полученный методом распылительной сушки на основе модифицированного полиэфиркарбоксилата. Технические данные: форма - желтоватый порошок, насыпная плотность 400-600 г/л, потери при нагревании - макс. 2,0 мас.%, 20% раствор при 20°С имеет рН 6,5-8,5. Особенности: высокоэффективный диспергатор, снижает усадку, эффективен в широком диапазоне температур, обеспечивает высокую раннюю прочность; Белая сажа (БС-120) - ультрадисперсный кремнезем, гидратированный диоксид кремния, массовая доля двуокиси кремния не менее 86%, удельная поверхность 120±20 м2/г, выпускается ОАО «Сода» (Стерлитамак, Россия) согласно ГОСТ 18307-78; пеногаситель Пента-465 - водная эмульсия полиметилалкилсилоксанов, неионогенных ПАВ и аэросила, выпускается ООО «ПЕНТА-91» (Москва, Россия) согласно ТУ 2257-001-40245042-98.

Ингредиенты заявленного тампонажного состава «Реолит» обладают синергетическим действием только при полной совокупности заявленных компонентов и при заявленном их количественном соотношении. Замена, исключение или изменение количества одного из компонентов приводит к недостижению задач изобретения.

Примеры приготовления предлагаемого тампонажного состава «Реолит».

Пример №1. Для приготовления жидкости затворения брали 420 г воды, в которой растворяли 8 г поливинилпиррилидона, 3 г суперпластификатора Melflux 1641F, 0,3 г пеногасителя Пента-465 и добавляли 2,8 г ультрадисперсного кремнезема. Затем затворяли 1000 г портландцемента ПЦТ-1-G приготовленной жидкостью затворения. При этом получили тампонажный состав со следующим соотношением ингредиентов, вес.ч.: портландцемент 100; поливинилпиррилидон - 0,8; поликарбоксилат Melflux 1641 F - 0,3; пеногаситель Пента-465 - 0,03; ультрадисперсный кремнезем - 0,28; вода - 42.

Пример №2. Для приготовления жидкости затворения брали 430 г воды, в которой растворяли 7 г поливинилпиррилидона, 4 г поликарбоксилата Melflux 1641F, 0,4 г пеногасителя Пента-465 и добавляли 4 г ультрадисперсного кремнезема. Затем затворяли 1000 г портландцемент ПЦТ-I-G приготовленной жидкостью затворения. При этом получили тампонажный состав со следующим соотношением ингредиентов, вес.ч.: портландцемент - 100; поливинилпиррилидон - 0,7; поликарбоксилат Melflux 1641 F - 0,4; пеногаситель Пента-465 - 0,04; ультрадисперсный кремнезем - 0,4; вода - 43.

Пример №3. Для приготовления жидкости затворения брали 420 г воды, в которой растворяли 8 г поливинилпиррилидона, 2,5 г поликарбоксилата Melflux 1641F, 0,3 г пеногасителя Пента-465 и добавляли 2 г ультрадисперсного кремнезема. Затем затворяли 1000 г портландцемент ПЦТ-I-G приготовленной жидкостью затворения. При этом получили тампонажный состав со следующим соотношением ингредиентов, вес.ч.: портландцемент - 100; поливинилпиррилидон - 0,8; поликарбоксилат Melflux 1641 F - 0,25; пеногаситель Пента-465 - 0,03; ультрадисперсный кремнезем - 0,2; вода - 42.

Пример №4 (контрольльный). Для приготовления цементного раствора брали 440 г воды, в которой затворяли 1000 г портландцемент ПЦТ-I-G. При этом получили тампонажный состав со следующим соотношением ингредиентов, вес.ч.: портландцемент - 100; вода - 44.

Растекаемость определялась по конусу АзНИИ, плотность - пикнометром, коэффициент водоотделения в мерном цилиндре, сроки схватывания иглой Вика, время загустевания на консистометре Chandler, пределы прочности тампонажного камня на изгиб на Мультитестере; пределы прочности на сжатие на автоматизированном прессе (OFITE).

Данные о свойствах исследованных тампонажных составов и тампонажного камня приведены в таблице 1.

Таблица 1 Свойства тампонажного раствора и камня при 25°С №примера тампонажного состава В/Ц Д, мм Сроки схватывания: начало-конец, мин σИЗГ, МПа σсж, МПа Водо-отделение, мл Адгезия к металлу, МПа 1 0,42 >255 450-595 6,33 25.77 1,2 1,55 2 0,43 >255 416-540 7,83 28,01 0,9 1,45 3 0,42 >255 333-508 7,23 31,14 1,8 2,09 4 контрольный 0,44 250 400-473 4,92 18,82 4 0,89

Похожие патенты RU2520608C1

название год авторы номер документа
ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ СКВАЖИН И БОКОВЫХ СТВОЛОВ С ГОРИЗОНТАЛЬНЫМИ УЧАСТКАМИ 2015
  • Кожевников Евгений Васильевич
  • Николаев Николай Иванович
  • Силоян Ашот Самвелович
  • Агишев Радмир Римович
RU2588066C1
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 ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И РЕМОНТА ГАЗОВЫХ И НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН В УСЛОВИЯХ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР 2020
  • Силин Михаил Александрович
  • Магадова Любовь Абдулаевна
  • Малкин Денис Наумович
  • Лужецкий Андрей Вячеславович
  • Шидгинов Залим Асланович
RU2741919C1
ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР 2019
  • Зимина Дарья Андреевна
  • Двойников Михаил Владимирович
RU2726754C1
ТАМПОНАЖНЫЙ ЦЕМЕНТНЫЙ РАСТВОР СЕЛЕКТИВНОГО ДЕЙСТВИЯ 2008
  • Грайфер Валерий Исаакович
  • Котельников Виктор Александрович
  • Галустянц Владилен Аршакович
RU2370516C1
ТАМПОНАЖНЫЙ СОСТАВ ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СТВОЛОВ СКВАЖИН 2012
  • Ильясов Сергей Евгеньевич
  • Окромелидзе Геннадий Владимирович
  • Чугаева Ольга Александровна
  • Кузнецова Ольга Григорьевна
  • Сажина Елена Михайловна
  • Зуева Нина Аркадьевна
  • Дудоров Павел Анатольевич
  • Уткин Денис Анатольевич
  • Кудимов Иван Андреевич
  • Сунцов Сергей Васильевич
RU2508307C2
СПОСОБ РЕМОНТНО-ИЗОЛЯЦИОННЫХ РАБОТ В СКВАЖИНЕ (ВАРИАНТЫ) 2015
  • Кадыров Рамзис Рахимович
  • Закиров Айрат Фикусович
  • Табашников Роман Алексеевич
  • Жиркеев Александр Сергеевич
  • Сахапова Альфия Камилевна
  • Хасанова Дильбархон Келамединовна
RU2599154C1
ПОЛИМЕРЦЕМЕНТНЫЙ ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СКВАЖИН 2008
  • Котельников Виктор Александрович
  • Путилов Сергей Михайлович
  • Давыдкина Людмила Емельяновна
RU2370515C1
РАСШИРЯЮЩИЙСЯ ТАМПОНАЖНЫЙ МАТЕРИАЛ 2007
  • Кузнецова Ольга Григорьевна
  • Фефелов Юрий Владимирович
  • Ильясов Сергей Евгеньевич
  • Чугаева Ольга Александровна
  • Воеводкин Вадим Леонидович
RU2360940C1
ПОЛИМЕРЦЕМЕНТНЫЙ ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР 2006
  • Щукин Василий Николаевич
  • Галустянц Владилен Аршакович
  • Котельников Виктор Александрович
  • Путилов Сергей Михайлович
  • Давыдкина Людмила Емельяновна
RU2319722C1

Реферат патента 2014 года ТАМПОНАЖНЫЙ СОСТАВ "РЕОЛИТ"

Изобретение относится к области нефтедобычи, в частности к строительству и ремонту скважин, при цементировании обсадных колонн и проведении водоизоляционных работ при низких и нормальных скважинных температурах. Технический результат заключается в повышении изолирующей способности, прочностных и адгезионных свойств образующегося цементного камня, при одновременном обеспечении прокачиваемости тампонажного состава и достижении оптимальных сроков его твердения при низких и нормальных скважинных температурах при цементировании обсадных колонн и проведении водоизоляционных работ в скважинах. Тампонажный состав содержит цемент и комплексную добавку. В качестве цемента содержит портландцемент. Комплексная добавка состоит из поливинилпирролидона, поликарбоксилата и воды технической. Дополнительно она содержит ультрадисперсный кремнезем и пеногаситель, при следующем соотношении компонентов, вес.ч.: при следующем соотношении компонентов тампонажного состава, вес.ч.: портландцемент 100, поливинилпирролидон 0,7-0,8, поликарбоксилат Melflux 1641F 0,25-0,4, ультрадисперсный кремнезем в виде белой сажи БС-120 0,2-0,4, пеногаситель 0,03-0,04, вода техническая 42-43. 3 пр., 2 табл.

Формула изобретения RU 2 520 608 C1

Тампонажный состав, содержащий цемент и комплексную добавку, отличающийся тем, что в качестве цемента содержит портландцемент, комплексная добавка состоит из поливинилпирролидона, поликарбоксилата и воды технической, а также дополнительно содержит ультрадисперсный кремнезем и пеногаситель, при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:
Портландцемент 100 Поливинилпирролидон 0,7-0,8 Поликарбоксилат Melflux 1641F 0,25-0,4 Ультрадисперсный кремнезем в виде белой сажи БС-120 0,2-0,4 Пеногаситель Пента-465 0,03-0,04 Вода техническая 42-43

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2520608C1

ПОЛИМЕРЦЕМЕНТНЫЙ ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР 2006
  • Щукин Василий Николаевич
  • Галустянц Владилен Аршакович
  • Котельников Виктор Александрович
  • Путилов Сергей Михайлович
  • Давыдкина Людмила Емельяновна
RU2319722C1
БУФЕРНАЯ ЖИДКОСТЬ, ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ПРИ ЦЕМЕНТИРОВАНИИ ОБСАДНЫХ КОЛОНН 2008
  • Кузнецова Ольга Григорьевна
  • Фефелов Юрий Владимирович
  • Чугаева Ольга Александровна
  • Зуева Нина Аркадьевна
  • Сажина Елена Михайловна
RU2378313C1
Колосоуборка 1923
  • Беляков И.Д.
SU2009A1
Способ приготовления лака 1924
  • Петров Г.С.
SU2011A1
US 2005075249 A1, 07.04.2005
EP 704410 A2, 03.04.1996

RU 2 520 608 C1

Авторы

Зинатуллин Марс Халиуллович

Зинатуллина Ирина Павловна

Даты

2014-06-27Публикация

2013-02-21Подача