ТАМПОНАЖНЫЙ СОСТАВ ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ЗОН ИНТЕНСИВНОГО ПОГЛОЩЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК C09K8/467 

Изобретение относится к области строительства и ремонта нефтегазовых скважин, а именно к изоляционным составам, используемым преимущественно при ликвидации зон интенсивных поглощений промывочных жидкостей при бурении и ремонте нефтегазовых скважин.

Известен расширяющийся тампонажный материал пониженной плотности, содержащий, мас.%: портландцемент 100,0; расширяющаяся добавка 5-7; технические лигносульфонаты 0,01-0,25; триэтаноламин 0,01-0,06; смолу нейтрализованную воздухововлекающую 0,005-0,1 и гипс 0-6. В качестве расширяющейся добавки тампонажный материал может содержать, по крайней мере, один компонент из группы: глиноземистый цемент, алюмокальциевый шлак, сульфонаты кальция, сульфоферриты кальция (Патент РФ 2192539, опубл. 10.11.2002).

Недостатком известного расширяющегося тампонажного материала является недостаточно широкий диапазон регулирования плотности при растянутых сроках твердения, в связи с чем он не обладает достаточными изолирующими свойствами и не может быть использован для ликвидации высокоинтенсивных поглощений.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности является расширяющийся тампонажный материал с регулируемой плотностью раствора, включающий, мас.%: бездобавочный тампонажный портландцемент 37-57; молотую глину, термообработанную при 950-1000°C - 39-58; полуводный гипс 3-4; силипон 0,01-0,05; винную кислоту 0,01-0,05 и пластификатор 0,01-0,45 (Патент РФ 2401292, опубл 27.01.2008).

Недостатками указанного материала являются:

- узкий диапазон регулирования плотности;

- растянутые сроки схватывания;

- низкая прочность цементного камня;

- низкая адгезия цементного камня с породой;

- низкая устойчивость к размыву.

Высокое значение плотности указанного материала при максимальной аэрации может привести к снижению статического уровня «головы» пеноцементного моста (относительно расчетного значения), вплоть до кровли поглощающего интервала.

Растянутые сроки схватывания могут привести к полному размыву цементного моста при движении пластовых вод в поглощающем интервале или при перетоке пластовых жидкостей и газов из выше и нижележащих отложений в поглощающий интервал.

Низкая прочность и адгезия указанного материала могут привести к прорыву скважинной жидкости при разбуривании цементного моста по телу самого камня либо по контакту с породой, а низкая устойчивость к размыву - к растворению цементного камня при движении скважинной жидкости по образованным каналам.

По указанным причинам указанный известный материал (прототип) обладает недостаточными изолирующими свойствами в поглощающих породах с высокой раскрытостью проводящих каналов (до 1 см).

Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в повышении степени изолирующих свойств предлагаемого состава при изоляции интервалов поглощения скважинных жидкостей в пористых, кавернозных, трещиноватых породах, с раскрытием проводящих каналов от 1 мм до 10 мм, за счет пониженной плотности и высокой тиксотропии состава, а также за счет образования неразмываемого и непроницаемого цементного камня с высокими адгезионными свойствами к породе и повышенными прочностными характеристиками.

Указанный технический результат достигается предлагаемым тампонажным составом для изоляции зон интенсивного поглощения, включающем портландцемент, полуводный гипс, глину, пенообразователь и воду, при этом он дополнительно содержит хлорид кальция, гидроксиэтилцеллюлозу и инертную добавку, также в качестве глины состав содержит палыгорскитовый, или монтмориллонитовый, или каолиновый термомеханически активированный глинопорошок, а в качестве пенообразователя - анионактивное или амфотерное поверхностно-активное вещество ПАВ, при следующем соотношении компонентов, мас.ч:

портландцемент 76,0-91,9

полуводный гипс 4,0-16,0

указанный глинопорошок 4,0-20,0

инертная добавка 0,1-4,0,

указанный пенообразователь 0,1-0,5

хлорид кальция 4,0-12,0

гидроксиэтилцеллюлозу 0,1-0,2

и при водотвердом соотношении 0,6-1,0, при этом смесь портландцемента, полуводного гипса, указанного глинопорошока и инертной добавки составляет 100 мас.ч.

В качестве пенообразователя, представляющего собой анионактивное ПАВ, он содержит додецилсульфат натрия, или додецилэтоксисульфат натрия, или додецилбензосульфат натрия.

В качестве пенообразователя, представляющего собой амфотерное ПАВ, он содержит кератиновый или альбуминовый пенообразователь.

В качестве инертной добавки он содержит фибру полипропиленовую, или асбестовое волокно, или мраморную муку.

Приведенный технический результат достигается за счет следующего.

Функции дополнительно вводимых в тампонажный состав компонентов:

- хлористый кальций и полуводный гипс в указанных пропорциях являются высокоэффективными ускорителями схватывания и твердения. Кроме этого, указанный комплекс кальциевых солей повышает стабильность тампонажного состава, увеличивает прочность цементного камня и его сцепление с породой;

- гидроксиэтилцеллюлоза и глинопорошок (палыгорскитовый, или монтмориллонитовый, или каолиновый термомеханически активированный глинопорошок) многократно повышают стабильность тампонажного состава как аэрированной системы за счет кольматационного и реологического эффектов, а также являются основными компонентами указанного состава, регулирующими реологию и водоотдачу;

- рекомендованные в рецептуре предлагаемого тампонажного состава пенообразователи в виде указанных поверхностно-активных веществ являются наиболее эффективными воздухововлекающими добавками в тампонажном составе указанного состава, а также обладают ярко выраженными пластифицирующими свойствами;

- ввод инертных добавок в указанных количествах позволяет увеличить стабильность тампонажного состава, снизить показатель фильтрации, увеличить прочность цементного камня.

Благодаря совокупности компонентов, входящих в предлагаемый тампонажный состав, а также благодаря как заявляемому количественному соотношению этих компонентов, так и выполнению условия, чтобы смесь компонентов из портландцемента, полуводного гипса, глинопорошка и инертной добавки составляла бы 100 мас.ч., заявляемый тампонажный состав будет характеризоваться высокой аэрируемой способностью (следовательно, широким диапазоном регулирования плотности), стабильностью, низкой водоотдачей, приемлемой (для изоляционных работ) реологией, а также оптимальными сроками схватывания. При этом образующийся при твердении цементный камень характеризуется высокими показателями прочности и сцепления с породой, а также устойчивостью к размыву.

Благодаря указанным свойствам, предлагаемый тампонажный состав будет обеспечивать успешные работы при изоляции интервалов поглощения скважинных жидкостей в пористых, кавернозных, трещиноватых породах, с раскрытием проводящих каналов в широком диапазоне от 1 мм до 10 мм.

Для получения заявляемого тампонажного изоляционного материала использовали следующие реагенты:

Реагенты ГОСТ, ТУ Портландцемент ГОСТ 1584-96 Полуводный гипс ГОСТ 125-79 Глинопорошок палыгорскитовый ГОСТ 25795-83 (марка П6) Глинопорошок монтмориллонитовый ГОСТ 25795-83 (марка Б6) Глинопорошок каолиновый термомеханически активированный (марка ВМК) ТУ 572901-001-65767184-2010 Инертные наполнители:   фибра полипропиленовая (Фиброцем марки Б) ТУ 2458-058-40912231-2009 асбестовое волокно ГОСТ 12871-93 мраморная мука ГОСТ 14050-93 Пенообразователь - анионактивное ПАВ:   додецилсульфат натрия ТУ 2481-023-50199225-2002 додецилэтоксисульфат натрия ТУ 2481-004-13805981-2006 додецилбензосульфат натрия ГОСТ 12389-66 Пенообразователь - амфотерное ПАВ:   пенообразователь кератиновый Foamin C ТУ 2439-001-54658598-2002 пенообразователь альбуминовый ГОСТ 9603-69 хлорид кальция ГОСТ 450-77 гидроксиэтилцеллюлоза (Гидроцем марки Н) ТУ 2231-009-40912231-2003 Вода техническая  

Возможность осуществления заявляемого изобретения подтверждается следующим примером.

Пример. Для приготовления 1 л состава (без учета объема свободной газовой фазы) сначала готовили жидкость затворения: брали 500,0 г воды и при постоянном перемешивании в смесительной установке добавляли 33,3 г хлорида кальция. Перемешивали в течение 30 минут. Далее, при постоянном перемешивании, поочередно вводили гидроксиэтилцеллюлозу (Гидроцем марки Н) - 0,8 г, глинопорошок каолиновый термомеханически активированный (марки ВМК) - 33,3 г, гипс строительный - 33,3 г, инертную добавку (мраморную муку) - 0,8 г, портландцемент ПЦТ II-50 - 765,8 г, кератиновый пенообразователь Foamin C - 4,2 г.

В результате получили тампонажный состав со следующим соотношением компонентов, мас.ч: портландцемент - 91,9, гипс - 4,0, глинопорошок - 4,0, хлорид кальция - 4,0, пенообразователь - 0,5, инертная добавка - 0,1, гидроксиэтилцеллюлоза - 0,1, при водотвердом соотношении - 0,6.

Тампонажные составы с другим количественным соотношением компонентов готовили аналогичным образом.

В таблице 1 приведены данные о содержании компонентов в исследованных составах.

По общеизвестным методикам определяли технологические свойства предлагаемого и известного тампонажных составов, а также физико-механические свойства образующегося из него тампонажного камня (таблица 2).

Из данных, приведенных в таблице 2, следует, что плотность пеноцементного раствора заявленного состава значительно ниже как плотности состава по прототипу, так и плотности воды (880, 1270, 1000 кг/м³ соответственно). Поэтому снижение уровня цементного моста, связанное с превышением давления столба скважинной жидкости на поглощающий интервал, маловероятно, что исключит некачественное цементирование.

Сроки схватывания пеноцементного раствора заявленного состава являются технологически минимально допустимыми для безаварийного ведения работ и значительно ниже сроков схватывания прототипа (начало схватывания 3 и 7 часов соответственно). Таким образом, риск размыва цементного моста во время его твердения пластовыми или скважинными жидкостями минимален.

Прочностные и адгезионные характеристики пеноцементного раствора заявленного состава значительно превосходят аналогичные параметры прототипа. Через 12 часов прочность на сжатие цементного камня заявленного состава - 1,9 МПа, адгезия - 0,3 МПа, в то время как цементный раствор по прототипу еще не схватился. Высокие значения прочности и адгезии цементного камня снижают вероятность прорыва скважинной жидкости как по телу цементного камня, так и по контакту «цементный камень - порода» во время разбуривания цементного моста.

На момент конца схватывания пеноцементного раствора заявленного состава (7-10 часов) цементный камень характеризуется нулевой размываемостью, в то время как цементный раствор по прототипу еще не схватился, в связи с чем его устойчивость к размыву не превышает 50%. Высокая устойчивость к размыву исключает возможность разрушения цементного моста во время его разбуривания или при выполнении дальнейших работ.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что изоляционные свойства разработанного состава, характеризующегося широким диапазоном регулирования плотности, а также высокими прочностными и адгезионными свойствами, значительно превышают свойства известных тампонажных составов и позволяют в промысловых условиях обеспечить изоляцию поглощающих пород с раскрытостью проводящих каналов от 1 мм до 1 см.

Таблица 1 № состава Компоненты, мас.ч. Водотвердое соотношение В/Т Портландцемент Гипс полуводный Глинопорошок Инертная добавка CaCl₂ Пенообразователь Гидроксиэтилцеллюлоза Винная к-та Пластификатор Предлагаемый тампонажный состав 1 91,9 4,0 4,0 0,1 4,0 0,5 0,1 - - 0,6 2 76,0 4,0 19,9 0,1 12,0 0,5 0,2 - - 1 3 84,0 4,0 11,9 0,1 8,0 0,3 0,15 - - 0,8 4 78,0 16,0 4,0 2,0 4,0 0,1 0,2 - - 0,9 5 82,0 10,0 4,0 4,0 4,0 0,5 0,1 - - 0,7 Известный состав по прототипу 6 57,0 3,0 39,0 0,0 0,0 0,05 0,0 0,05 0,9 0,6 Примечание: 1. В опыте 4 в качестве глинопорошка использовали палыгорскитовый глинопорошок; в опыте 5 - монтмориллонитовый; в остальных опытах - матакаолиновый. 2. В опыте 2 в качестве пенообразователя использовали додецилсульфат натрия; в опыте 5 - додецилэтоксисульфат натрия; в опыте 3 - додецилбензосульфат натрия; в опыте 4 - кератиновый пенообразователь; в опыте 1 - альбуминовый. 3. В опыте 2 в качестве инертной добавки использовали фибру полипропиленовую; в опыте 4 - асбестовое волокно; в остальных опытах - мраморную муку.

Таблица 2 Номер состава из табл.1 Свойства тампонажного состава Свойства тампонажного камня плотность, кг/м³ растекаемость, мм показатель фильтрации, см³/30 мин (ΔP=0,7 МПа) водоотделение, см³ начало схватывания, ч-мин конец схватывания, ч-мин адгезия*, МПа прочность на сжатие*, МПа Размываемость*, % Предлагаемый тампонажный состав 1 1790/880 210/170 32 1 3 7 0,3 1,9 0 2 1500/1010 240/220 345 0 6 10 0,2 0,8 0 3 1570/990 150/170 300 1 4 8 0,4 1,7 0 4 1620/1000 130/180 130 0 5 9 0,2 1,0 0 5 1650/1050 160/180 293 0 3 7 0,3 1,8 0 Известный состав по прототипу 6 1660/1270 27/23 615 10 8 >12 0 0 >50 Примечание: а) время перемешивания составов составляло 1 час; б) замеры плотности и растекаемости тампонажных составов производились через 3 мин/1 час после начала замешивания; в) * - замер параметров цементного камня производился после нахождения образцов в статическом положении в течение 12 час в стандартных условиях.

Изобретение относится к области строительства и ремонта нефтегазовых скважин, а именно к тампонажным изоляционным составам. Технический результат заключается в повышении степени изолирующих свойств предлагаемого состава при изоляции интервалов поглощения скважинных жидкостей в пористых, кавернозных, трещиноватых породах, с раскрытием проводящих каналов от 1 мм до 10 мм, за счет пониженной плотности и высокой тиксотропии состава, а также за счет образования неразмываемого и непроницаемого цементного камня с высокими адгезионными свойствами к породе и повышенными прочностными характеристиками. Тампонажный состав для изоляции зон интенсивного поглощения, включающий портландцемент, полуводный гипс, глину, пенообразователь и воду, при этом он дополнительно содержит хлорид кальция, гидроксиэтилцеллюлозу и инертную добавку, при этом в качестве глины состав содержит палыгорскитовый, или монтмориллонитовый, или каолиновый термомеханически активированный глинопорошок, а в качестве пенообразователя - анионактивное или амфотерное поверхностно-активное вещество ПАВ, при следующем соотношении компонентов, мас.ч: портландцемент 76,0-91,9; полуводный гипс 4,0-16,0; указанный глинопорошок 4,0-20,0; инертная добавка 0,1-4,0; указанный пенообразователь 0,1-0,5; хлорид кальция 4,0-12,0; гидроксиэтилцеллюлозу 0,1-0,2; и при водотвердом соотношении 0,6-1,0, при этом смесь портландцемента, полуводного гипса, указанного глинопорошока и инертной добавки составляет 100 мас.ч. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Тампонажный состав для изоляции зон интенсивного поглощения, включающий портландцемент, полуводный гипс, глину, пенообразователь и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хлорид кальция, гидроксиэтилцеллюлозу и инертную добавку, при этом в качестве глины состав содержит палыгорскитовый, или монтмориллонитовый, или каолиновый термомеханически активированный глинопорошок, а в качестве пенообразователя - анионактивное или амфотерное поверхностно-активное вещество ПАВ, при следующем соотношении компонентов, мас.ч:
портландцемент 76,0-91,9 полуводный гипс 4,0-16,0 указанный глинопорошок 4,0-20,0 инертная добавка 0,1-4,0 указанный пенообразователь 0,1-0,5 хлорид кальция 4,0-12,0 гидроксиэтилцеллюлозу 0,1-0,2

2. Тампонажный состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве пенообразователя, представляющего собой анионактивное ПАВ, он содержит додецилсульфат натрия, или додецилэтоксисульфат натрия, или додецилбензосульфат натрия.

3. Тампонажный состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве пенообразователя, представляющего собой амфотерное ПАВ, он содержит кератиновый или альбуминовый пенообразователь.

4. Тампонажный состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве инертной добавки он содержит фибру полипропиленовую, или асбестовое волокно, или мраморную муку.