ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ УЧАСТКОВ СКВАЖИН Российский патент 2024 года по МПК C09K8/467 

Изобретение относится к области строительства скважин, в частности к тампонажным растворам для крепления горизонтальных участков нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин.

Известен способ приготовления облегченного тампонажного раствор (патент РФ № 2172812, опубл. 27.08.2001), содержащего в качестве жидкости затворения суспензию, включающую компоненты при их соотношении к массе цемента, мас. ч.: Сульфацелл - 0,3-0,5; хлорид кальция - 2,0-5,0; суперпластификатор - С-3 0,3-0,4; микросферы - 5,0-7,0; вода - 54,0-68,0, при этом предварительно готовят водный раствор сульфацелла, хлорида кальция и суперпластификатора С-3, в который добавляют микросферы, после чего на полученной суспензии затворяют тампонажный цемент.

Недостатком является низкая растекаемость и высокая водоотдача, что приводит к отфильтровыванию свободной химически несвязанной воды в процессе твердения и к усадке цементного камня с образованием каналов перетока пластовых флюидов, и, следовательно, к снижению прочности формирующегося цементного камня.

Известен тампонажный раствор (патент РФ № 2441897, опубл. 10.02.2012), содержащий цемент, гидроксиэтилцеллюлозу, пластификатор, пеногаситель и дополнительно синтетические волокна диаметром 0,001-0,1 длиной 1-20 мм, расширяющую добавку при следующем соотношении, мас.ч: портландцемент тампонажный - 100; гидроксиэтилцеллюлоза - 0,2-0,4; пластификатор - 0,1-0,5; пеногаситель - 0,2; синтетические волокна - 0,1-1; расширяющая добавка - 0,1-10; вода - 49-51.

Недостатком раствора является высокий показатель фильтрации, значительная усадка цементного камня при затвердевании, что приводит к ухудшению качества цементирования скважин.

Известен тампонажный раствор (патент РФ № 2322471, опубл. 20.04.2008), содержащий, мас. %: портландцемент тампонажный - 64,41-66,24, сульфацелл - 0,13-0,40, микрокремнезем МК-85 - 0,33-1,99, вода - 33,20-33,30.

Недостатком раствора является высокая водоотдача, которая негативно отражается на качестве крепления горизонтальных участков скважин.

Известен тампонажный раствор для крепления скважин и боковых стволов с горизонтальными участками (Патент РФ № 2588066, опубл. 27.06.2016), принятый за прототип, содержащий, мас. ч.: портландцемент - 55-65, глиноземистый цемент - 10-20, известь негашеная - 5-10, песок кварцевый - 15-20, суперпластификатор С-3 - 1-1,3, 1%-ный раствор гидроксиэтилцеллюлозы марки 400 - 20-30, пеногаситель Пента-465 - 0,05-0,1, вода - остальное.

Недостатки данного тампонажного раствора является низка прочности цементного камня.

Техническим результатом является повышение качества крепления горизонтальных участков скважин.

Технический результат достигается тем, что раствор дополнительно содержит алюмосиликатные микросферы, оксида магния, базальтовую фибру, гидроксиэтилцеллюлозу Сульфацелл марки 400 и суперпластификатор С-3, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

тампонажный портландцемент ПЦТ-I-100 50-57 алюмосиликатные микросферы 5-8 оксид магния 2-3 базальтовая фибра 0,5-0,7 гидроксиэтилцеллюлоза Сульфацелл марки 400 0,2-0,3 суперпластификатор С-3 0,05-0,1 вода остальное

Заявляемый тампонажный раствор для крепления горизонтальных участков скважин включает в себя следующие реагенты и товарные продукты, их содержащие, мас. %:

Портландцемент тампонажный ПЦТ-I-100 от 50 до 57, выпускаемый по ГОСТ 1581-2019;

Полые алюмосиликатные микросферы от 5 до 8, выпускаемые по ТУ 23.99.19-001-23278943-2018;

Оксид магния от 2 до 3, выпускаемый по ГОСТ 1216-87;

Базальтовая фибра от 0,5 до 0,7, выпускаемая по ТУ 20.59.59-001-90557835-2017;

Гидроксиэтилцеллюлоза Сульфацелл марка 400 от 0,2 до 0,3, выпускаемая по ТУ 2231-013-32957739-01;

Суперпластификатор С-3 от 0,05 до 0,1, выпускаемый по ТУ 5745-001-97474489-2007;

Вода техническая - остальное.

В качестве основного компонента тампонажного раствора для крепления горизонтальных участков скважин используется портландцемент тампонажный бездобавочный ПЦТ-I-100, предназначенный для умеренных температур 51-100°C.

В качестве облегчающей добавки используются полые алюмосиликатные микросферы (ПАМС), являющиеся продуктом сжигания топлива в ТЭС или на других производствах, где зола от сгорания угля удаляется в виде водной пульпы. ПАМС формируются вследствие специфической грануляции расплава минеральной части углей, которая при дроблении образует мелкие капли, раздувающиеся из-за увеличений газовых включений. ПАМС представляют собой полые, силикатные шарики, характеризующиеся низкой стоимостью, сферической или округлой формой, малой плотностью, высокой температурой плавления, большой прочностью, термостабильностью в широком интервале температур и химической стойкостью. Диаметр варьируется от 10 до 510 мкм. Внутренняя газовая фаза, законсервированная внутри микросфер, состоит в основном из диоксида углерода 70% и азота 30%. Температура плавления данных микросфер равна 1400–1500°С, твердость по Моосу - 6, коэффициент теплопроводности - 0,06-0,20 Вт/(м·°С).

В качестве расширяющей добавки используется оксид магния, получаемый преимущественно методом обжига при температуре от 850°C до 1000°C и помола карбонатных осадочных пород, в основном магнезита. Внешний вид - мелкодисперсный порошок, цвет от молочно-белого до буро-коричневого. Применяется при температурах до 200°C.

Базальтовое фиброволокно используется для обеспечения высоких прочностных и эластичных характеристик цементного камня. Представляет собой смесь коротких отрезков комплексных базальтовых нитей длиной от 6 до 24 мм с диаметром волокна 17 мкм. Предназначена для трехмерного упрочнения, повышает стойкость к растрескиванию, изгибающим и разрывным нагрузкам, создает необходимый запас прочности. Температура эксплуатации: -260°C …+900°C.

В качестве стабилизатора используется Гидроксиэтилцеллюлоза (ГЭЦ) Сульфацелл марка 400, который представляет собой растворимый в воде простой эфир целлюлозы. Производит ЗАО «Полицелл» в виде порошка или волокнистой массы белого, слабо-желтого или сероватого цвета. Сульфацелл растворяется в холодной или горячей воде с образованием растворов различной вязкости, проявляющих псевдопластические свойства. На вязкость растворов небольшое влияние оказывают слабые кислоты и щелочи. Благодаря неионному характеру Сульфацелл обладает широким спектром совместимости с другими продуктами. Одним из основных достоинств Сульфацелла является то, что он экологически безвреден, так как подвергается биологическому разложению, не образуя при этом вредных веществ.

В качестве пластификатора используется Суперпластификатор С-3, который является продуктом конденсации нафталиноксисульфокислот формальдегидом, степень полимеризации 2-10. Он выпускается в виде 30%-ной бурой жидкости или мелкого легкорастворимого в воде порошка желтого цвета, поставляется в бочках или мешках. Это очень сильный пластификатор цементных растворов, хранить его следует в условиях, исключающих замерзание или увлажнение. Тормозящего действия на гидратационные процессы не оказывает. Основной компонент суперпластификатора С-3 - сульфированные нафталинформальдегидные поликонденсаты (82-84%). Эти органические соединения относятся к ПАВ, которые влияют на структуру смеси, уменьшая потребность в воде и увеличивая прочность цементного камня. Они дополнены сульфатом натрия 8-10% и водой до 10%.

В качестве основного компонента жидкости затворения используется техническая вода.

Тампонажный раствор готовится следующим образом. Портландцемент ПЦТ-I-100, алюмосиликатные микросферы и базальтовая фибра смешиваются в сухом виде. В жидкость затворения добавляются гидроксиэтилцеллюлоза марки 400, оксид магния и суперпластификатор С-3. Затем сухая смесь добавляется в жидкость затворения и перемешивается до получения однородной консистенции.

Тампонажный раствор для крепления горизонтальных участков скважин поясняется следующими примерами.

Пример 1. Для приготовления 1 кг тампонажного раствора использовали 500 г 50 мас. % портландцемента тампонажного ПЦТ-I-100, смешивали с 80 г 8 мас. % алюмосиликатных микросфер и с 5 г 0,5 мас. % базальтовой фибры. Далее сухая смесь добавляется в жидкость затворения, состоящей из 200 г 0,2 мас. % ГЭЦ 1%-ного предварительно подготовленного раствора гидроксиэтилцеллюлозы марки 400, 20 г (2 мас. %) оксида магния, 0,5 г 0,05 мас. %) суперпластификатора С-3 и 194,5 г воды технической.

После чего полученный состав перемешивается, затем определяется плотность, растекаемость, водоотделение, показатель фильтрации, сроки схватывания тампонажного раствора. После исследований раствор заливается в предварительно подготовленные формы для определения прочности на сжатие и изгиб полученного из него цементного камня. Цементный камень испытывается на прочность через 2 суток.

Примеры 2-13. Приготовление и испытания остальных тампонажных растворов аналогичны представленным в таблице 1.

Составы 2-16 исследовались с целью выявления наилучших концентраций реагентов. Введение полимера в состав тампонажного раствора приводит к снижению подвижности тампонажного раствора, поэтому для увеличения подвижности тампонажного раствора в их состав был добавлен суперпластификатор С-3.

Для регулирования прочностных свойств была введена расширяющая добавка - оксид магния, которая способствует повышать прочность контакта цементного камня со стенкой обсадной колонной и породами за счет снижения его усадки при твердении. Увеличение содержания оксида магния в тампонажном составе более 3% приводит к падению его прочностных характеристик, что свойственно для расширяющих добавок. Прочность на сжатие и на изгиб увеличивается на 30% и 45% соответственно при снижении концентрации MgO с 5% до 2%.

Таблица 1 – Составы и параметры тампонажного раствора и цементного камня

№ Тампонажный портландцемент Т-I-100 Алюмосиликатные микросферы Оксид магния Базальтовая фибра Гидроксиэтилцеллюлоза Сульфацелл марки 400 Суперпластификатор Сульфацелл марки 400 Вода Плотность, кг/м³ Растекаемость, см Водоотделение, мл Показатель фильтрации, см³/30 мин Сроки схватывания, час-мин Прочность цементного камня, МПа нач. кон. на сжатие через 2 суток при изгибе через 2 суток 1 50 8 2 0,5 0,2 0,05 39,25 1600 23,5 0 3,5 8-40 9-20 15,2 3,7 2 50 8 - - 0,2 - 41,80 1600 19,0 0 4,2 8-46 9-37 12,5 2,4 3 50 8 2 - 0,2 - 39,80 1600 20,0 0 3,5 8-48 9-35 10,2 1,5 4 50 8 5 - 0,2 - 36,80 1600 20,5 0 3,7 8-10 8-56 7,7 1,1 5 50 8 - - 0,2 0,05 41,75 1600 22,0 0 4,2 8-51 9-39 8,4 2,1 6 50 8 2 - 0,2 0,05 39,75 1600 23,5 0 3,5 8-46 9-23 10,9 1,6 7 50 8 5 - 0,2 0,05 36,75 1600 24,0 0 3,7 8-12 8-46 8,4 1,2 8 50 8 5 0,5 0,2 0,05 36,25 1600 23,5 0 3,5 8-03 8-27 12,0 2,4 9 55 6 3 0,7 0,2 0,07 35,03 1650 23,5 0 3,6 8-08 9-01 16,5 3,9 10 55 8 2 0,6 0,3 0,1 34,00 1630 24,5 0 3,4 8-43 9-04 16,1 3,8 11 57 5 3 0,5 0,3 0,1 34,10 1700 24,0 0 3,5 8-32 8-57 15,7 3,7 12 54 6 2 0,6 0,2 0,07 37,13 1630 25,0 0 3,4 8-42 9-28 16,0 3,8 13 55 5 2 0,7 0,3 0,05 36,95 1670 23,0 0 3,7 8-27 9-14 16,2 3,8 14 67 - - - - - 33,00 1790 21,0 4,8 49 8-24 9-08 12,0 5,2 15 70 5 2 0,4 0,2 0,1 22,30 1810 18 0 3,5 8-13 8-46 14,0 2,4 16 45 10 6 0,8 0,4 0,05 37,75 1630 25 0 5,6 9-03 9-57 5,6 2,3 17 70 3 2 0,4 0,2 0,1 24,30 1830 17 0 3,5 8-11 8-42 15,0 2,8 18 54 6 1 0,6 0,2 0,07 38,13 1630 25,0 0 3,4 8-42 9-28 18,0 4,2 19 50 8 2 0,5 0,1 0,02 39,38 1600 20,5 0 10,5 8-38 9-17 15,5 3,9 20 50 8 2 0,5 0,2 0,2 39,10 1600 27,5 0 4,5 8-56 9-29 12,2 2,4

Изобретение относится к области строительства скважин, в частности к тампонажным растворам для крепления горизонтальных участков нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин. Техническим результатом является повышение качества крепления горизонтальных участков скважин. Тампонажный раствор для крепления горизонтальных участков скважин содержит тампонажный портландцемент, воду, а также алюмосиликатные микросферы, оксид магния, базальтовую фибру, гидроксиэтилцеллюлозу Сульфацелл марки 400 и суперпластификатор С-3 при следующем соотношении компонентов, мас. %: тампонажный портландцемент ПЦТ-I-100 - 50-57, алюмосиликатные микросферы - 5-8, оксид магния - 2-3, базальтовая фибра - 0,5-0,7, гидроксиэтилцеллюлоза Сульфацелл марки 400 - 0,2-0,3, суперпластификатор С-3 - 0,05-0,1, вода - остальное. 1 табл.

Тампонажный раствор для крепления горизонтальных участков скважин, содержащий тампонажный портландцемент и воду, отличающийся тем, что раствор дополнительно содержит алюмосиликатные микросферы, оксид магния, базальтовую фибру, гидроксиэтилцеллюлозу Сульфацелл марки 400 и суперпластификатор С-3 при следующем соотношении компонентов, мас. %:

тампонажный портландцемент ПЦТ-I-100 50-57 алюмосиликатные микросферы 5-8 оксид магния 2-3 базальтовая фибра 0,5-0,7 гидроксиэтилцеллюлоза Сульфацелл марки 400 0,2-0,3 суперпластификатор С-3 0,05-0,1 вода остальное