Тампонажный материал Российский патент 2020 года по МПК C09K8/467 C09K8/00 E21B33/138 

Изобретение относится к тампонажным материалам, используемым в нефтегазовой промышленности, в частности, к тампонажным материалам, используемым при цементировании нефтяных и газовых скважин, преимущественно к специальным цементам для крепления скважин в зонах повышенной сероводородной агрессии.

Традиционные портландцементы, в условиях сероводородной агрессии подвергаются коррозии и быстро разрушаются.

Известен материал для цементирования скважин, в состав которого входят портландцементный клинкер, ингибирующая добавка и водный раствор MgSO₄ [Авторское свидетельство СССР N 1148975, МПК Е21В 33/138, 1985]. Однако указанный материал образует камень, имеющий невысокую коррозионную стойкость в сероводороде.

Известен тампонажный материал, содержащий вяжущее, песок, баритовый концентрат и твердый гидрофобизатор [авторское свидетельство СССР №1113516, МПК Е21В 33/138, 15.09.84, бюл. №34]. Однако тампонажный материал данного состава имеет низкую коррозионную стойкость в среде H₂S и повышенную газопроницаемость.

Известен тампонажный материал, содержащий минеральное вяжущее (96-99 мас. %) и порошкообразный продукт переработки жидких и гелеобразных отходов производства эпоксидных смол (1,0-4,0 мас. %) [патент РФ №2036297, МПК Е21 В 33/138, опубл. 27.05.1995].

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по совокупности признаков является сероводородостойкий тампонажный раствор, включающий портландцемент и добавки (песок, утяжелитель, гидрофобизатор) и жидкость затворения [патент РФ №2471843, МПК С09K 8/467, опубл. 10.01.2013, бюл. №1]. Недостатком указанного материала является недостаточная стойкость в растворенном сероводороде.

Целью изобретения является получение тампонажного материала, обеспечивающего повышенную долговечность цементного камня при сероводородной агрессии и имеющего пониженную проницаемость.

Поставленная цель достигается тем, что тампонажный материал, включающий портландцемент и добавку, согласно изобретению в качестве добавки содержит полисульфид кальция, подвергнутый совместной дезинтеграторной обработке с портландцементом,

при следующем соотношении, мас. %:

портландцемент - 95 - 99;

полисульфид кальция - 1 - 5.

В предлагаемом изобретении используются новый ингредиент полисульфид кальция, который смешивают с портландцементом, что свидетельствует о соответствии изобретения критерию «новизна».

Полисульфид кальция является одним из многосернистых соединений общей формулы Me₂S_n. В структуре этих веществ имеются (димерные/полимерные) цепи атомов -S-S(n)-S-. В предлагаемом изобретении используется пентасульфид серы, имеющий формулу CaS₅.

Из литературы известно применений полисульфидных растворов для уменьшения пористости и водопоглощения, повышение плотности и морозостойкости [Евразийский патент №024383. Способ обработки строительных материалов полисульфидными растворами. Массалимов И.А., Чуйкин А.Е., Янахметов М.Р., Хусаинов А.Н., Мустафин А.Г. приоритет от 26.04.2014]. [Янахметов М.Р., Чуйкин А.Е., Массалимов И.А. Модифицирование поровой структуры цементных бетонов пропиткой серосодержащими растворами. Интернет журнал. Нанотехнологии в строительстве. 2015. Т. 7. №1. С. 63-72].

При этом во всех вышеуказанных случаях полисульфидными растворами пропитываются готовые изделия.

Известно использование полисульфида кальция в качестве добавки к портландцементу для повышения прочности бетона (US 4193811 А, 18.03.1980 г.)

Однако из литературы неизвестно применение полисульфида кальция в тампонажных материалах, используемых при приготовлении тампонажных растворов, применяемых при креплении скважин.

Из литературы известно применение дезинтеграторной обработки тампонажных материалов, содержащих модифицирующие добавки [см. Агзамов Ф.А., Измухамбетов Б.С., Умралиев Б.Т. Применение дезинтеграторной технологии при получении порошкообразных материалов для строительства скважин. СПб., Недра, 2007. - 464 с.]. Однако неизвестно применение дезинтеграторной добавки для обработки портландцемента совместно с полисульфидом кальция. Применение дезинтеграторной обработки в предлагаемом тампонажном материале обеспечивает лучшее диспергирование полисульфида кальция и более равномерное распределение по объему цемента. Это приводит к тому, что полисульфид кальция покрывает большую поверхность пор в образующемся цементном камне, ограничивая контакт продуктов твердения с агрессивной средой.

Сущность изобретения заключается в следующем.

В сероводородостойком тампонажном растворе, включающем портландцемент и полисульфид кальция, в процессе твердения полисульфид кальция осаждается на внутренней поверхности пор и наружной поверхности цементного камня, обеспечивая ингибирование этих поверхностей и ограничивая контакт с ними агрессивных флюидов. Кольматация пор повышает прочность и снижает проницаемость цементного камня. Все это позволяет повысить долговечность цементного камня в средах с высоким содержанием сероводорода. Кроме этого полисульфид кальция снижает реологические свойства тампонажного раствора и повышает его подвижность, что положительно скажется на процессе цементирования обсадных колонн.

Таким образом, сказанное выше указывает на соответствие заявляемого изобретения критерию «изобретательский уровень».

В предлагаемом изобретении использовали:

- тампонажный портландцемент ПЦТ-G ГОСТ 1581-96;

- полисульфид кальция (пентасульфид серы), имеющий формулу CaS₅.

Пример реализации изобретения.

Для приготовления тампонажного раствора было взято 1200 г портландцемента тампонажного ПЦТ-I-50 и 36 г полисульфида кальция (3% от веса цемента), который добавляли в тампонажный цемент.Полученную смесь подвергали дезинтеграторной обработке при скорости соударения частиц 95-110 м/с.Также было взято 540 мл воды, обеспечившей водоцементное отношение (В/Ц) равное 0,45. Приготовление растворов проводилось согласно ГОСТ 26798.1-96 Цементы тампонажные. Методы испытаний.

Приготовленное цементное тесто использовали для определения свойств тампонажного материала и изготовления образцов для испытания на изгиб и сжатие и проведения коррозионных испытаний. Испытания полученного тампонажного материала проводились согласно ГОСТ 1581-96. Результаты испытаний данной пробы, а также других составов, приведены в таблице 1.

Из нее видно, что ввод в состав тампонажного материала полисульфидной серы практически не влияет на его реологические свойства, увеличивает время прокачиваемости, повышает прочность образовавшегося цементного камня и снижает его проницаемость.

Таким образом, приведенный пример реализации изобретения показывает его соответствие критерию «практическая применимость».

На буровой тампонажный раствор из предлагаемого тампонажного материала готовится по общепринятой технологии.

Полученные образцы цементного камня размером 4×4×4 см подвергались коррозии при воздействии растворенного сероводорода.

При этом образцы находились в воде, содержащей растворенный сероводород с концентрацией 4000 мг/л. После определенного срока образцы извлекали из агрессивной среды, и оценивали глубина коррозии. Результаты исследований приведены в таблице 2.

Эксперименты показали, что полисульфид кальция обладает антикоррозионными способностями по отношению к агрессивным средам. С увеличением концентрации полисульфида кальция в растворе снижается глубина коррозии по сравнению с контрольным образцом, и существенно замедляется процесс коррозии.

Изобретение относится к тампонажным материалам, используемым при цементировании нефтяных и газовых скважин, преимущественно к специальным вяжущим веществам для крепления скважин в сероводородсодержащих средах. Технический результат - получение состава тампонажного материала, обеспечивающего долговечность цементного камня в сероводородных средах и имеющего пониженную проницаемость. Тампонажный материал, включающий портландцемент и добавку, согласно изобретению в качестве добавки содержит полисульфид кальция, подвергнутый совместной дезинтеграторной обработке с портландцементом при скорости соударения 95-110 м/с, при следующем соотношении, мас.%: портландцемент 95-99, полисульфид кальция 1-5. 2 табл.

Тампонажный материал, включающий портландцемент и добавку, отличающийся тем, что в качестве добавки содержит полисульфид кальция, подвергнутый совместной дезинтеграторной обработке с портландцементом при скорости соударения 95-110 м/с, при следующем соотношении, мас.%:

портландцемент - 95-99;

полисульфид кальция - 1-5.