ОБЛЕГЧЕННЫЙ ТАМПОНАЖНЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2015 года по МПК E21B33/14 C04B28/04 C09K8/467 

Изобретение относится к тампонажным растворам, используемым для цементирования обсадных колонн нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин, осложненных наличием пластов с низким давлением гидроразрыва.

Известен облегченный тампонажный материал, включающий портландцемент, вспученный вермикулитовый песок, алюмосиликатные микросферы, гранулированный хлорид натрия. (Патент RU 2243358 CI Е21В 33/138 2003 г). Техническим результатом данного изобретения является разработка облегченного тампонажного раствора с высокой стабильностью и низкой фильтрацией.

Облегченный тампонажный материал включающий портландцемент, вспученный вермикулит, алюмосиликатные микросферы, дополнительно содержит гранулированный хлорид кальция в качестве стабилизирующей добавки при следующем содержании компонентов, мас. %:

Портландцемент 85 - 89,5 Вспученный вермикулит 2-5 Алюмосиликатные микросферы 2-5 Гранулированный хлорид кальция остальное

Гранулированный хлорид кальция выпускается по ТУ 609-4711-81 и представляет собой гранулы белого цвета с содержанием активного вещества не менее 90%.

Известный тампонажный материал хоть и имеет хорошую стабильность и низкую фильтрацию, но ее недостатком является низкая прочность цементного камня на изгиб.

Наиболее близким по составу и назначению является облегченный тампонажный материал, включающий портландцемент, алюмосиликатные микросферы и дополнительно содержит вспученный вермикулит, патент RU №2187621, МПК Е21В 33/138. Разработка облегченного тампонажного материала с пониженным водоотделением формирует цементный камень, характеризующийся повышенной прочностью сцепления с обсадной колонной. Облегченный тампонажный материал включает портландцемент, вспученный вермикулит и неорганические алюмосиликатные микросферы при следующем содержании компонентов, мас. %:

Портландцемент 90-98 Вспученный вермикулит 1-5 Алюмосиликатные микросферы остальное

Алюмосиликатные микросферы - это продукт сепарации зол ТЭЦ, представляет собой легкий сыпучий порошок серого цвета, состоящий из отдельных полых частиц сферической формы. Прочность оболочек на разрушение при гидростатическом сжатии достигает до 30 МПа.

Известный тампонажный материал хоть и имеет низкую фильтрацию, однако его недостатком является низкая прочность цементного камня при удельном весе выше предлагаемого.

Задача изобретения - повышение качества цементирования скважин за счет повышения прочности цементного камня.

Облегченный тампонажный материал включает портландцемент, вспученный вермикулит, просеянный через струнные сита до мелкой фракции, с размером зерен до 0,6 мм, (ГОСТ 12865-67), реагент Крепь и техническую соль при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Портландцемент 84,0 - 85,2 Вспученный вермикулит 9,3 - 9,8 Крепь 1,11-1,14 Техническая соль 4,5 - 4,8

Вспученный вермикулит - это продукт термической обработки природных гидрослюд и последующего их измельчения и фракционирования. Выпускается по ГОСТ 12865-67. Представляет собой крупные пластинчатые кристаллы золотисто-желтого или бурого цвета. При нагревании из пластинок образуются червеобразные столбики или нити золотистого или серебристого цвета с поперечным делением на тончайшие чешуйки (вспученный вермикулит). Обожженные массы вспученного вермикулита свободно плавают на поверхности воды.

Химический состав вспученного вермикулита отвечает формуле (Mg⁺², Fe⁺², Fe⁺³)₃ [(AlSi₄O₁₀]·(OH)₂·4H₂O. Однако вспученный вермикулит редко отвечает общей формуле и обычно содержит примеси со следующими свойствами:

- твердость по минералогической шкале 1-1,5;

- плотность вспученного вермикулита - 0,065-0,130 г/см³;

- температура плавления 1350°C;

- не поддается истиранию и по смазочным свойствам подобен графиту;

- при нагревании до температуры 900-1000°C вспучивается и увеличивается в объеме в 15-25 раз.

Вспученный вермикулит биологически стоек - не подвержен разложению и гниению под действием микроорганизмов, а также химически инертен - нейтрален к действию щелочей и кислот.

Крепь - это комплексный реагент - структурообразователь, представляет собой мелкодисперсный порошок или порошок с гранулами от желтого до кремовато-коричневого оттенка. Хорошо растворим в воде. Выпускается по ТУ 2231-233-00147001-2001. Предназначен для получения высококачественных тампонажных растворов: нормальной плотности, облегченных и сверхлегких (для температур от 20 до 75°C).

Комплексный реагент в качестве структурообразователя содержит неорганические соли - соединение алюминия из группы: гидрооксихлорид, тетрагидрооксихлорид, пентагидрооксихлорид, аморфная окись алюминия.

В качестве понизителя водоотдачи - поливиниловый спирт. В качестве пеногасителя - гликольэтилсиликаты (http://www.freepatent.ru/patents/2259468; http://www.korund-ufa.ru/himreagent/himbur/40/good182.php; RU 2259468 C1).

Техническая соль - химическая формула NaCl с содержанием CaCl₂, MgCl₂, CaSO₄ и иных примесей.

Приготовление образцов тампонажной смеси, определение свойств производилось в соответствии с ГОСТ 1581-96 и 26798.1-96.

Облегченный тампонажный материал поступает на буровую в виде готовой тампонажной смеси, где затаривается в смесительные машины обычным, как и другие тампонажные материалы, способом.

Основные показатели тампонажного раствора - плотность, растекаемость, водоотдача, время загустевания, прочность на изгиб - определяются в соответствии с ГОСТ 26798.1-96:

Плотность - на пикнометре П-1;

Растекаемость - на приборе КР-1;

Водоотдача - на мерном цилиндре;

Время загустевания -на консистометре «Ofite», модель 130;

Прочность на изгиб - на установке испытания на изгиб (сжатие), Matest El60.

Для проведения исследований готовят тампонажные растворы с компонентными составами:

Пример 1: Для приготовления тампонажной смеси на 1000 г берут ПЦТ-1-100-84%, вспученный вермикулит марки 300 - 8,5%, химического реагента «Крепь» - 1%, технической соли - 5%, водотвердое отношение - 0,8. В тампонажную смесь добавляют

воду. Полученный раствор перемешивают. Исследования проводят согласно ГОСТ 1581-96.

Пример 2: Для приготовления тампонажной смеси на 1000 г берут ПЦТ-1-100 - 84%, вспученный вермикулит марки 300 - 9%, химического реагента «Крепь» - 1,5%, техническая соль 5%, водотвердое отношение 0,8. Раствор готовят и исследуют по примеру 1. Данные приведены в таблице.

Пример 3: Для приготовления тампонажной смеси на 1000 г берут ПЦТ-1-100 - 85%, вспученный вермикулит марки 300 - 9,6%, химического реагента «Крепь» - 1,2%, техническая соль 5%, водотвердое отношение 0,8. Раствор готовят и исследуют по примеру 1. Данные приведены в таблице.

Пример 4: Для приготовления тампонажной смеси на 1000 г берут ПЦТ-1-100 - 84,75%, вспученный вермикулит марки 150 - 9,42%, химического реагента «Крепь» -1,13%, техническая соль 4,7%, водотвердое отношение 0,8. Раствор готовят и исследуют по примеру 1. Данные приведены в таблице.

Данные, которые приведены в Таблице 1, свидетельствуют о том, что предлагаемый тампонажный материал имеет лучшие прочностные свойства, чем известные. В отличие от известных, предлагаемый облегченный тампонажный материал имеет в своем составе эластичный и упругий наполнитель - вспученный вермикулит, который не разрушается под действием давления и температуры.

При затворении тампонажного раствора - вспученный вермикулит, техническая соль, «Крепь» и снижении плотности цементного раствора до 1,52-1,53 г/см³ достигается высокая прочность цементного камня на изгиб 3,2-3,4 МПа.

ОБЛЕГЧЕННЫЙ ТАМПОНАЖНЫЙ МАТЕРИАЛ

Изобретение относится к тампонажным растворам, используемым для цементирования обсадных колонн нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин, осложненных наличием пластов с низким давлением гидроразрыва. Облегченный тампонажный материал содержит цемент ПЦТ-I-100, облегчающую добавку - вспученный вермикулит, техническую соль, химический реагент Крепь, при следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент ПЦТ-I-100 - 84,75; вермикулит - 9,42; Крепь - 1,13; NaCl - 4,7. Технический результат - предотвращение гидроразрыва в процессе цементирования скважин за счет улучшения параметров тампонажного цемента, повышение прочности цементного камня при низких и умеренных температурах на ранней стадии твердения при одновременном снижении плотности тампонажного раствора. При затворении тампонажного раствора - вспученный вермикулит, техническая соль. 1 табл.

Облегченный тампонажный материал, содержащий портландцемент, вспученный вермикулит, отличающийся тем, что дополнительно содержит реагент «Крепь» и техническую соль при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Портландцемент ПЦТ-1-100 84,0 - 84,75 Вспученный вермикулит 9,3 - 9,42 Крепь 1,11- 1,13 Техническая соль 4,5-4,7