Область техники
Настоящее изобретение относится к устойчивой к сверхвысоким температурам системе цементного раствора для цементирования и способу ее получения и ее применению, относящимся к области технологии бурения в области нефтедобычи.
Уровень техники
В последние годы 60% новых мировых запасов нефти и газа поступают из глубоких пластов. Нефтегазовые ресурсы больших глубин стали основным источником прироста мировых разведанных запасов. С углублением разведки и разработки нефти и газа количество глубоких скважин и сверхглубоких скважин постепенно увеличивается, температура ствола скважины становится все выше и выше, а температура на забое скважины может достигать 240°C или более. Технология сверхвысокотемпературного цементного раствора для цементирования имеет большое значение для обеспечения разведки, а также разработки глубоких и сверхглубоких пластов нефти и газа.
Во время цементирования при сверхвысоких температурах в глубоких скважинах существуют две основные технические трудности для цементного раствора, начиная от безопасного закачивания в пласт до долгосрочной эффективной герметизации: (1) низкая стабильность цементного раствора для сверхвысоких температур, что ставит под угрозу безопасность строительства: цементный раствор при высокой температуре имеет плохую стабильность и серьезное расслоение, что может легко привести к кольцевой закупорке, а в серьезных случаях существует риск «полного заполнения» (“filling sausage”); (2) отклонение в прочности цементного камня при сверхвысокой температуре, что серьезно влияет на срок службы ствола скважины: долгосрочная прочность цементного камня при высокой температуре будет снижаться, эффект герметизации будет плохим, герметизация ствола скважины становится невозможной, а в серьезных случаях ствол скважины будет сломлен.
Что касается вышеуказанных недостатков, исследователи в этой области разработали системы цементного раствора, устойчивые к высоким температурам, стабилизаторы для систем цементного раствора, устойчивых к высоким температурам, и тому подобное. Например, CN 111807748 A раскрывает высокотемпературный стабилизатор для цементного раствора высокой плотности, состоящий из 76-84 частей по весу бентонитовой глины, 10-14 частей по весу модифицированной диутановой камеди и 6-10 частей по весу сшитого сополимера и способ его получения. Однако стабилизатор подходит только для систем с высокой плотностью и имеет изменение плотности более 0,03 г/см3. CN 107162512 A раскрывает устойчивую к высоким температурам систему цементного раствора для сверхглубоких скважин, которая содержит по весу: 100 частей цемента, 6-18 частей добавки, снижающей водоотдачу при высокой температуре, 25-40 частей кварцевого песка, 6-15 частей замедлителя схватывания при высокой температуре, 3-5 частей высокотемпературного стабилизатора и 0,4-2 части диспергента. Благодаря разработке устойчивой к высоким температурам добавки, снижающей водоотдачу, и замедлителя схватывания при высокой температуре, эта система цементного раствора улучшает фильтрационные свойства цементного раствора и обеспечивает регулируемое время загустевания цементного раствора в условиях 200°C. Однако это не решает такие проблемы, как ухудшение стабильности оседания цементного раствора и ухудшение прочности цементного камня в условиях высоких температур.
Для решения проблемы низкой стабильности цементного раствора в условиях сверхвысоких температур в этой области в основном используются высокотемпературные стабилизаторы, чтобы облегчить проблему дестабилизации оседания. Высокотемпературные стабилизаторы в основном включают в себя неорганические материалы и полимеры, которые имеют такие преимущества, как низкая стоимость, простота обработки и превосходный эффект загустевания. Среди них неорганические высокотемпературные стабилизаторы менее чувствительны к температуре и обладают преимуществами неразложения и неразбавления при высокой температуре, но побочные эффекты загустевания очевидны. Начальная консистенция раствора высока, что приводит к затруднению удаления золы и прокачивания и увеличивает сложность операции цементирования. Высокотемпературные стабилизаторы из природного полимера имеют характеристики высокой вязкости, широкой доступности и низкой стоимости, но с повышением температуры они будут серьезно разлагаться, вязкость будет значительно снижена, и способность системы к антиоседанию будет существенно снижена.Высокотемпературные стабилизаторы из синтетического полимера имеют стабильную производительность и их легко регулировать. Они могут эффективно улучшать вязкость суспензии и значительно улучшать стабильность оседания цементного раствора. Однако их температурная зависимость велика. Имеются недостатки гидролиза и разжижения при сдвиге при высоких температурах, приводящие к значительному снижению консистенции раствора и значительному снижению эффекта антиоседания.
Для решения проблемы отклонения прочности цементного камня в условиях сверхвысоких температур в этой области обычно используются методы цементирования, такие как добавление кварцевого песка в силикатный цемент для увеличения отношения кремния к кальцию или использование алюминатного цемента. Путем использования обычного силикатного цемента с добавлением песка явление отклонения прочности при высоких температурах можно уменьшить, но проблема снижения прочности цементного камня принципиально не решается. Цементирование скважин специальным цементом, таким как алюминатный цемент, имеет низкую прочность образующегося цементного камня (прочность на сжатие обычно составляет 20-30 МПа). Кроме того, из-за низкой совместимости специального цемента с добавками для обычного силикат-цементного раствора разрабатывать соответствующие добавки отдельно сложно и дорого.
Таким образом, исходя из вышеизложенной ситуации, одной из актуальных проблем в этой области является разработка устойчивой к сверхвысоким температурам системы цементного раствора для цементирования, которая имеет улучшенную стабильность оседания и предотвращает отклонение в прочности цементного камня и подходит для работы в условиях сверхвысоких температур при 200°C или даже 220°C или более в глубоких скважинах и сверхглубоких скважинах.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для решения вышеуказанных технических проблем задачей настоящего изобретения является создание устойчивой к сверхвысоким температурам системы цементного раствора для цементирования и способа ее получения и ее применение. Устойчивая к сверхвысоким температурам система цементного раствора для цементирования, предложенная в настоящем изобретении, обладает высокой термостойкостью, широким диапазоном применения и превосходной стабильностью оседания, при этом она способна предотвращать отклонение в прочности цементного камня при высокой температуре, обеспечивать эффект цементирования и герметизации в условиях высокой температуры и сверхвысокой температуры и улучшать качество цементирования.
Для достижения вышеуказанной цели в настоящем изобретении, во-первых, предложена устойчивая к сверхвысоким температурам система цементного раствора для цементирования, содержащая по весу: 100 частей цемента, 15-50 частей стабилизатора прочности для сверхвысоких температур, 15-50 частей армирующего материала для сверхвысоких температур, 0-140 частей регулятора плотности, 1-6 частей стабилизатора суспензии для сверхвысоких температур, 0-2 части дисперсанта, 2-9 частей добавки, снижающей водоотдачу, 0,1-9 частей замедлителя схватывания, 0,1-0,5 части пеногасителя и 40-120 частей воды; причем стабилизатор суспензии для сверхвысоких температур содержит по весу 1-3 части крахмала на основе простого эфира, 1-3 части алюмосиликата и 1-2 части полиспиртового полимера.
В соответствии с конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения предпочтительно устойчивая к сверхвысоким температурам система цементного раствора для цементирования содержит по весу: 100 частей цемента, 20-50 частей стабилизатора прочности для сверхвысоких температур, 15-30 частей армирующего материала для сверхвысоких температур, 0-140 частей регулятора плотности, 3-6 частей стабилизатора суспензии для сверхвысоких температур, 0,5-2 части дисперсанта, 2-7 частей добавки, снижающей водоотдачу, 1-6 частей замедлителя схватывания, 0,1-0,5 части пеногасителя и 40-120 частей воды.
В устойчивой к сверхвысоким температурам системе цементного раствора для цементирования предпочтительно стабилизатор суспензии для сверхвысоких температур содержит комбинацию крахмала на основе простого эфира, алюмосиликата и полиспиртового полимера в весовом соотношении 1:2:1.
В устойчивой к сверхвысоким температурам системе цементного раствора для цементирования предпочтительно крахмал на основе простого эфира содержит одно или более из следующего: карбоксиметилкрахмал, карбоксиэтилкрахмал, карбоксипропилкрахмал, карбоксигексилкрахмал, сульфоэтилкрахмал и сульфо-2-гидроксипропилкрахмал.
В устойчивой к сверхвысоким температурам системе цементного раствора для цементирования предпочтительно алюмосиликат представляет собой наноразмерный алюмосиликат, который может иметь размер 1-100 нм в диаметре и/или 0,5-30 мкм в длину. Более предпочтительно, наноразмерный алюмосиликат содержит одно или более из следующего: наноразмерный ортоклаз, наноразмерный цеолит, наноразмерный анортит, наноразмерный галлуазит и т.п. Еще более предпочтительно, наноразмерный алюмосиликат содержит наноразмерный цеолит и/или наноразмерный галлуазит и т.п. Конкретный тип наноразмерного цеолита конкретно не ограничен в настоящем изобретении, если размер его частиц соответствует вышеуказанным требованиям настоящего изобретения.
В устойчивой к сверхвысоким температурам системе цементного раствора для цементирования предпочтительно полиспиртовой полимер содержит одно или более из следующего: поливиниловый спирт, полиэтиленгликоль, полиэтиленоксид и т.п. Среди них молекулярная масса полиэтиленгликоля составляет от 200 до 20000, а молекулярная масса полиэтиленоксида составляет 20000 или более.
В устойчивой к сверхвысоким температурам системе цементного раствора для цементирования предпочтительно получают стабилизатор суспензии для сверхвысоких температур путем однородного смешивания 1-3 частей по весу крахмала на основе простого эфира, 1-3 частей по весу алюмосиликата и 1-2 частей по весу полиспиртового полимера с получением стабилизатора суспензии для сверхвысоких температур.
В устойчивой к сверхвысоким температурам системе цементного раствора для цементирования предпочтительно армирующий материал для сверхвысоких температур содержит одно или более из следующего: галлуазит, муллит, трикальцийфосфат и т.п. Более предпочтительно, армирующий материал для сверхвысоких температур содержит смесь галлуазита, муллита и трикальцийфосфата в весовом соотношении (1-2):(1-2):(1-2).
В устойчивой к сверхвысоким температурам системе цементного раствора для цементирования предпочтительно стабилизатор прочности для сверхвысоких температур содержит кварцевый песок и т.п. Более предпочтительно, стабилизатор прочности для сверхвысоких температур содержит промытый кислотой кварцевый песок высокой степени чистоты размером 100-1500 меш и/или кварцевый песок высокой степени чистоты размером 100-1500 меш; еще более предпочтительно, стабилизатор прочности для сверхвысоких температур содержит промытый кислотой кварцевый песок высокой степени чистоты размером 600 меш и/или кварцевый песок высокой степени чистоты размером 1500 меш. Среди них каждый из промытого кислотой кварцевого песка высокой степени чистоты и кварцевого песка высокой степени чистоты имеет чистоту 97% или более.
В устойчивой к сверхвысоким температурам системе цементного раствора для цементирования предпочтительно регулятор плотности содержит рафинированный порошок железной руды и/или стеклянный микрошарик и т.п. Более предпочтительно, рафинированный порошок железной руды имеет плотность 5,05-7,20 г/см3, а стеклянный микрошарик имеет плотность 0,44-0,65 г/см3 (особенно предпочтительно 0,6 г/см3).
В устойчивой к сверхвысоким температурам системе цементного раствора для цементирования предпочтительно дисперсант содержит дисперсант на основе альдегидкетон-поликонденсата и/или дисперсант на основе полистиролсульфоната и т.п. Среди них каждый из дисперсанта на основе альдегидкетон-поликонденсата и дисперсанта на основе полистиролсульфоната может быть дисперсантом для системы цементного раствора, обычно используемым в данной области техники. Например, дисперсант на основе альдегидкетон-поликонденсата может включать одно или более из следующего: дисперсант DRS-1S, дисперсант SAF, дисперсант SXY, дисперсант USZ, дисперсант SDJZ-1 и т.п. Дисперсант на основе полистиролсульфоната может содержать полистиролсульфонат натрия и т.п. Более предпочтительно, дисперсант представляет собой дисперсант DRS-1S.
В устойчивой к сверхвысоким температурам системе цементного раствора для цементирования предпочтительно добавка, снижающая водоотдачу, содержит добавку, снижающую водоотдачу, на основе акриламидного полимера и т.п. Добавка, снижающая водоотдачу, может представлять собой добавку, снижающую водоотдачу, для системы цементного раствора, обычно используемую в данной области техники. Более предпочтительно, добавка, снижающая водоотдачу, содержит одно или более из следующего: добавка, снижающая водоотдачу, DRF-2L, добавка, снижающая водоотдачу, PC-G83L, добавка, снижающая водоотдачу, PC-G80L, добавка, снижающая водоотдачу, LX-1 и т.п. Еще более предпочтительно добавка, снижающая водоотдачу, представляет собой добавку, снижающую водоотдачу, DRF-2L.
В устойчивой к сверхвысоким температурам системе цементного раствора для цементирования предпочтительно замедлитель схватывания содержит замедлитель схватывания на основе акриламидного полимера и/или замедлитель схватывания на основе полимера 2-акриламид-2-метилпропансульфоновой кислоты и т.п. Замедлитель схватывания может представлять собой замедлитель схватывания для системы цементного раствора, обычно используемый в данной области техники. Более предпочтительно, замедлитель схватывания содержит одно или более из следующего: замедлитель схватывания DRH-2L, замедлитель схватывания JXH-2L, замедлитель схватывания HX-36L и т.п. Еще более предпочтительно замедлитель схватывания представляет собой замедлитель схватывания DRH-2L.
В устойчивой к сверхвысоким температурам системе цементного раствора для цементирования предпочтительно пеногаситель содержит одно или более из следующего: органический сложный эфир, эфир полиоксипропиленглицерина, полидиметилсилоксан и т.п.; более предпочтительно, органический сложный эфир содержит трибутилфосфат. Пеногаситель может представлять собой пеногаситель для системы цементного раствора, обычно используемый в данной области техники. Еще более предпочтительно пеногаситель представляет собой пеногаситель DRX-1L на основе органического сложного эфира.
В устойчивой к сверхвысоким температурам системе цементного раствора для цементирования предпочтительно цемент содержит цемент для нефтяных скважин класса G, например, одно или более из следующего: класса G компании Jiahua, класса G компании Huayou, класса G компании Shengwei, класса G компании Mengcheng и т.п.
В соответствии с конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения предпочтительно устойчивая к сверхвысоким температурам система цементного раствора для цементирования имеет плотность 1,35-2,35 г/см3, применимую температуру 30°С-240°С и изменение плотности не более 0,04 г/см3 (предпочтительно не более 0,03 г/см3) в применимом температурном диапазоне. Более предпочтительно, устойчивая к сверхвысоким температурам система цементного раствора для цементирования имеет применимую температуру 200°C-240°C и изменение плотности не более 0,04 г/см3 (предпочтительно не более 0,03 г/см3) в применимом температурном диапазоне (т.е. в условиях 200°C-240°C). Еще более предпочтительно, устойчивая к сверхвысоким температурам система цементного раствора для цементирования имеет применимую температуру 220°C-240°C и изменение плотности не более 0,04 г/см3 (предпочтительно не более 0,03 г/см3) в применимом температурном диапазоне (т.е. в условиях 220°C-240°C).
Стабилизатор суспензии для сверхвысоких температур, используемый в устойчивой к сверхвысоким температурам системе цементного раствора для цементирования настоящего изобретения, представляет собой комбинацию крахмала на основе простого эфира, алюмосиликата и полиспиртового полимера в весовом соотношении (1-3):(1-3):(1-2). Стабилизатор суспензии для сверхвысоких температур образован путем смешивания крахмала на основе простого эфира, алюмосиликата и полиспиртового полимера в определенном соотношении. Благодаря введению термостойких и солеустойчивых групп в полиспиртовой полимер и введению неорганического минерального материала (т.е. алюмосиликата) и органического низкомолекулярного загущающего вещества (т.е. крахмала на основе простого эфира) достигается синергетический эффект путем смешивания указанных трех компонентов в определенном соотношении, что обеспечивает превосходную стабильность суспензии против сверхвысоких температур в системе цементного раствора, так что система цементного раствора может сохранять превосходную стабильность оседания даже в условиях высокой температуры 240°C.
Система цементного раствора настоящего изобретения дополнительно содержит другие компоненты, такие как армирующий материал для сверхвысоких температур и стабилизатор прочности для сверхвысоких температур, который обеспечивает синергетический эффект со стабилизатором суспензии для сверхвысоких температур в настоящем изобретении, так что система цементного раствора настоящего изобретения имеет применимый температурный диапазон от 30°C до 240°C, и превосходную стабильность оседания системы цементного раствора при высоких температурах и сверхвысоких температурах; изменение плотности составляет не более 0,04 г/см3 (предпочтительно не более 0,03 г/см3) при работе в применимом температурном диапазоне, в частности, изменение плотности составляет не более 0,04 г/см3 (предпочтительно не более 0,03 г/см3) при работе от 220°C до 240°C; плотность является регулируемой, и кривая загустевания является нормальной, чтобы удовлетворять требованию различных условий работы в отношении плотности системы цементного раствора. В то же время он может эффективно предотвращать отклонение в прочности цементного камня при высокой температуре и иметь прочность на сжатие цементного камня более 35 МПа и может обеспечивать эффект цементирования и герметизации в глубоких скважинах и сверхглубоких скважинах в условиях высокой температуры и сверхвысокой температуры и улучшать качество цементирования.
В другом аспекте настоящее изобретение дополнительно относится к способу получения устойчивой к сверхвысоким температурам системе цементного раствора для цементирования, который включает этапы (1) однородного смешивания по весу 100 частей цемента, 15-50 частей (предпочтительно 20-50 частей) стабилизатора прочности для сверхвысоких температур, 15-50 частей (предпочтительно 15-30 частей) армирующего материала для сверхвысоких температур, 0-140 частей регулятора плотности, 1-6 частей (предпочтительно 3-6 частей) стабилизатора суспензии для сверхвысоких температур и 0-2 частей (предпочтительно 0-2 частей) дисперсанта для получения сухой смеси; (2) однородного смешивания по весу 2-9 частей (предпочтительно 2-7 частей) добавки, снижающей водоотдачу, 0,1-9 частей (предпочтительно 1-6 частей) замедлителя схватывания, 0,1-0,5 части пеногасителя и 40-120 частей воды для получения влажной смеси; (3) при перемешивании равномерного добавления сухой смеси, полученной на этапе (1), во влажную смесь, полученную на этапе (2), и последующего перемешивания в течение периода времени для получения устойчивой к сверхвысоким температурам системе цементного раствора для цементирования.
В способе, предпочтительно на этапе (3), сухую смесь, полученную на этапе (1), равномерно добавляют во влажную смесь, полученную на этапе (2), при скорости вращения 4000±200 об/мин, а затем продолжают перемешивание в течение 35-50 с при скорости вращения 12000±500 об/мин с получением устойчивой к сверхвысоким температурам системы цементного раствора для цементирования.
Кроме того, в настоящем изобретении дополнительно предложено применение устойчивой к сверхвысоким температурам системы цементного раствора для цементирования, для цементирования в глубоких скважинах и/или в сверхглубоких скважинах и/или в особо сверхглубоких скважинах при высоких и/или сверхвысоких температурах.
При применении устойчивой к сверхвысоким температурам системы цементного раствора для цементирования для цементирования в глубоких скважинах и/или сверхглубоких скважинах и/или особо сверхглубоких скважинах при высоких и/или сверхвысоких температурах предпочтительно высокие и/или сверхвысокие температуры составляют 200°C-240°C, предпочтительно 220°C-240°C; глубокие скважины имеют глубину 4500-6000 м, сверхглубокие скважины имеют глубину 6000-9000 м, а особо сверхглубокие скважины имеют глубину 9000 м или более.
В целом, устойчивая к сверхвысоким температурам система цементного раствора для цементирования, предложенная в настоящем изобретении, имеет высокую термостойкость, широкий применимый диапазон (применимая температура 30°C-240°C) и превосходную стабильность оседания. Система цементного раствора имеет плотность 1,35-2,35 г/см3 и изменение плотности не более 0,04 г/см3 (предпочтительно не более 0,03 г/см3) при работе при применимой температуре (в частности, при 220-240°C); плотность регулируется для удовлетворения требования к плотности системы цементного раствора при различных условиях работы. Кроме того, система цементного раствора имеет регулируемое время загустевания в пределах применимого температурного диапазона, низкую начальную консистенцию во время загустевания и короткое время озоления (в пределах 50 с). Кроме того, она обладает отличными реологическими свойствами и малой тиксотропностью, что позволяет избежать проблем «выпячивания» и «образования ступеней» кривой загустевания и делает кривую загустевания нормальной. В то же время, система цементного раствора настоящего изобретения может предотвратить отклонение в прочности цементного камня при высокой температуре и сделать прочность цементного камня на сжатие возрастом 28 дней более 35 МПа. Таким образом, устойчивая к сверхвысоким температурам система цементного раствора для цементирования настоящего изобретения может обеспечить эффект цементирования и герметизации в глубоких скважинах, сверхглубоких скважинах и особо сверхглубоких скважинах в условиях высокой температуры и сверхвысокой температуры и улучшить качество цементирования.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Чтобы иметь более четкое представление о технических признаках, целях и полезных эффектах настоящего изобретения, техническое решение настоящего изобретения таким образом подробно описано ниже в сочетании со следующими конкретными примерами, которые не следует понимать как ограничивающие реализуемый объем настоящего изобретения.
Эксперименты проводят в соответствии с GB/T 19139-2012 «Испытание цементов для применения в скважине» для оценки характеристик загустевания, текучести, водоотдачи, измеряемой по методике АНИ, содержания свободной воды, стабильности оседания и прочности на сжатие систем цементного раствора, полученных в соответствии со следующими примерами и сравнительными примерами. Основные экспериментальные приборы включают в себя: мешалку модели c 30-60 гофрированными выступами и консистометр высокой температуры и высокого давления модели 8240, продукты CHANDLER; цифровой резервуар для воды модели HH-420 с постоянной температурой, экспериментальный приборный завод Changzhou YINENG.
Цемент для применения в нефтяной скважине, используемый в ходе следующих экспериментов, представляет собой цемент для применения в нефтяной скважине класса G с высокой сульфатостойкостью (HSR), произведенный Jiahua Special Cement Co.,Ltd. Экспериментальная вода представляла собой дистиллированную воду. Стабилизатор суспензии на основе биополимера DRK-3S, дисперсант на основе сульфированного альдегидкетон-поликонденсата DRS-1S, замедлитель схватывания на основе акриламидного полимера DRH-2L, добавка, снижающая водоотдачу, на основе акриламидного полимера DRF-2L и пеногаситель на основе органического эфира DRX-1L в составе системы цементного раствора производятся компанией China Petroleum Corporation Engineering & Technology Research Institute Co.,Ltd.
Пример 1
В этом примере предложена устойчивая к сверхвысоким температурам система цементного раствора для цементирования, содержащая по весу: 100 частей цемента для применения в нефтяной скважине класса G компании Jiahua, 50 частей стабилизатора прочности для сверхвысоких температур (промытый кислотой кварцевый песок размером 600 меш с чистотой 97% или более), 20 частей армирующего материала для сверхвысоких температур (смесь галлуазита, муллита и трикальцийфосфата в весовом соотношении 1:1:1), 3 части стабилизатора суспензии для сверхвысоких температур (смесь карбоксиметилкрахмала натрия (т.е. карбоксиметилкрахмала), наноразмерного порошка галлуазита и полиэтиленгликоля в весовом соотношении 1:1:1, причем размер наноразмерного порошка галлуазита составляет 30-100 нм в диаметре и 0,5-1 мкм в длину), 1,2 части дисперсанта DRS-1S, 4 части добавки, снижающей водоотдачу, DRF-2L, 3 части замедлителя схватывания DRH-2L, 0,2 части пеногасителя DXR-1L и 58 частей воды.
Устойчивую к сверхвысоким температурам систему цементного раствора для цементирования в этом примере получали следующим способом: (1) цемент для применения в нефтяной скважине класса G, стабилизатор прочности для сверхвысоких температур, армирующий материал для сверхвысоких температур, стабилизатор суспензии для сверхвысоких температур и дисперсант гомогенно смешивали в вышеуказанных пропорциях для получения сухой смеси; (2) добавку, снижающую водоотдачу, замедлитель схватывания, пеногаситель и воду гомогенно смешивали в вышеуказанных пропорциях для получения влажной смеси; (3) сухую смесь, полученную на этапе (1), равномерно добавляли во влажную смесь, полученную на этапе (2), при скорости вращения 4000±200 об/мин, и после того, как сухая смесь была полностью добавлена к влажной смеси, смесительный стакан накрывали крышкой, скорость вращения мешалки доводили до 12000±500 об/мин и перемешивание продолжали в течение 35 с для получения устойчивой к сверхвысоким температурам системы цементного раствора для цементирования.
Плотность устойчивой к сверхвысоким температурам системы цементного раствора для цементирования в этом примере составляет 1,90 г/см3, а результаты различных экспериментов приведены в Таблице 1.
Пример 2
В этих примерах предложена устойчивая к сверхвысоким температурам система цементного раствора для цементирования, содержащая по весу: 100 частей цемента для применения в нефтяной скважине класса G компании Jiahua, 30 частей стабилизатора прочности для сверхвысоких температур (промытый кислотой кварцевый песок размером 600 меш с чистотой 97% или более), 20 частей армирующего материала для сверхвысоких температур (смесь галлуазита, муллита и трикальцийфосфата в весовом соотношении 1:1:1), 35 частей регулятора плотности (полый стеклянный микрошарик с плотностью 0,60 г/см3), 4,5 части стабилизатора суспензии для сверхвысоких температур (смесь карбоксиметилкрахмала натрия, наноразмерного порошка галлуазита и полиэтиленгликоля в весовом соотношении 1:2:1, причем размер наноразмерного порошка галлуазита составляет 30-100 нм в диаметре и 0,5-1 мкм в длину), 1 часть дисперсанта DRS-1S, 6 частей добавки, снижающей водоотдачу, DRF-2L, 4 части замедлителя схватывания DRH-2L, 0,2 части пеногасителя DXR-1L и 115 частей воды.
Устойчивую к сверхвысоким температурам систему цементного раствора для цементирования в этом примере получали следующим способом: (1) цемент для применения в нефтяной скважине класса G, стабилизатор прочности для сверхвысоких температур, армирующий материал для сверхвысоких температур, регулятор плотности, стабилизатор суспензии для сверхвысоких температур и дисперсант гомогенно смешивали в вышеуказанных пропорциях для получения сухой смеси; (2) добавку, снижающую водоотдачу, замедлитель схватывания, пеногаситель и воду гомогенно смешивали в вышеуказанных пропорциях для получения влажной смеси; (3) сухую смесь, полученную на этапе (1), равномерно добавляли во влажную смесь, полученную на этапе (2), при скорости вращения 4000±200 об/мин, и после того, как сухая смесь была полностью добавлена к влажной смеси, смесительный стакан накрывали крышкой, скорость вращения мешалки доводили до 12000±500 об/мин и перемешивание продолжали в течение 35 с для получения устойчивой к сверхвысоким температурам системы цементного раствора для цементирования.
Плотность устойчивой к сверхвысоким температурам системы цементного раствора для цементирования в этом примере составляет 1,35 г/см3, а результаты различных экспериментов приведены в Таблице 1.
Пример 3
В этих примерах предложена устойчивая к сверхвысоким температурам система цементного раствора для цементирования, содержащая по весу: 100 частей цемента для применения в нефтяной скважине класса G компании Jiahua, 50 частей стабилизатора прочности для сверхвысоких температур (промытый кислотой кварцевый песок размером 600 меш с чистотой 97% или более), 20 частей армирующего материала для сверхвысоких температур (смесь галлуазита, муллита и трикальцийфосфата в весовом соотношении 1:1:1), 4 части стабилизатора суспензии для сверхвысоких температур (смесь карбоксиметилкрахмала натрия, наноразмерного порошка галлуазита и полиэтиленгликоля в весовом соотношении 1:2:1, причем размер наноразмерного порошка галлуазита составляет 30-100 нм в диаметре и 0,5-1 мкм в длину), 1,2 части дисперсанта DRS-1S, 3,2 части добавки, снижающей водоотдачу, DRF-2L, 3,2 части замедлителя схватывания DRH-2L, 0,2 части пеногасителя DXR-1L и 58 частей воды.
Способ получения устойчивой к высоким температурам системы цементного раствора для цементирования в этом примере был таким же, как и в примере 1.
Плотность устойчивой к сверхвысоким температурам системы цементного раствора для цементирования в этом примере составляет 1,90 г/см3, а результаты различных экспериментов приведены в Таблице 1.
Пример 4
В этих примерах предложена устойчивая к сверхвысоким температурам система цементного раствора для цементирования, содержащая по весу: 100 частей цемента для применения в нефтяной скважине класса G компании Jiahua, 50 частей стабилизатора прочности для сверхвысоких температур (промытый кислотой кварцевый песок размером 600 меш с чистотой 97% или более), 20 частей армирующего материала для сверхвысоких температур (смесь галлуазита, муллита и трикальцийфосфата в весовом соотношении 1:1:1), 140 частей регулятора плотности (порошок железной руды с плотностью 7,20 г/см3), 5,5 частей стабилизатора суспензии для сверхвысоких температур (смесь карбоксиметилкрахмала натрия, наноразмерного порошка галлуазита и полиэтиленгликоля в весовом соотношении 1:2:1, причем размер наноразмерного порошка галлуазита составляет 30-100 нм в диаметре и 0,5-1 мкм в длину), 1,5 части дисперсанта DRS-1S, 4,5 части добавки, снижающей водоотдачу, DRF-2L, 3,5 части замедлителя схватывания DRH-2L, 0,2 части пеногасителя DXR-1L и 96 частей воды.
Способ получения устойчивой к высоким температурам системы цементного раствора для цементирования в этом примере был таким же, как и в примере 2.
Плотность устойчивой к сверхвысоким температурам системы цементного раствора для цементирования в этом примере составляет 2,35 г/см3, а результаты различных экспериментов приведены в Таблице 1.
Пример 5
В этих примерах предложена устойчивая к сверхвысоким температурам система цементного раствора для цементирования, содержащая по весу: 100 частей цемента для применения в нефтяной скважине класса G компании Jiahua, 50 частей стабилизатора прочности для сверхвысоких температур (промытый кислотой кварцевый песок размером 600 меш с чистотой 97% или более), 20 частей армирующего материала для сверхвысоких температур (смесь галлуазита, муллита и трикальцийфосфата в весовом соотношении 1:1:1), 4.5 части стабилизатора суспензии для сверхвысоких температур (смесь карбоксиметилкрахмала натрия, наноразмерного порошка галлуазита и полиэтиленгликоля в весовом соотношении 1:2:1, причем размер наноразмерного порошка галлуазита составляет 30-100 нм в диаметре и 0,5-1 мкм в длину), 1,2 части дисперсанта DRS-1S, 5,5 части добавки, снижающей водоотдачу, DRF-2L, 5 частей замедлителя схватывания DRH-2L, 0,2 части пеногасителя DXR-1L и 58 частей воды.
Способ получения устойчивой к высоким температурам системы цементного раствора для цементирования в этом примере был таким же, как и в примере 1.
Плотность устойчивой к сверхвысоким температурам системы цементного раствора для цементирования в этом примере составляет 1,90 г/см3, а результаты различных экспериментов приведены в Таблице 1.
Пример 6
В этих примерах предложена устойчивая к сверхвысоким температурам композиция цементного раствора для цементирования, содержащая по весу: 100 частей цемента для применения в нефтяной скважине класса G компании Jiahua, 50 частей стабилизатора прочности для сверхвысоких температур (промытый кислотой кварцевый песок размером 600 меш с чистотой 97% или более), 20 частей армирующего материала для сверхвысоких температур (смесь галлуазита, муллита и трикальцийфосфата в весовом соотношении 1:1:1), 4 части стабилизатора суспензии для сверхвысоких температур (смесь карбоксиметилкрахмала натрия, наноразмерного порошка галлуазита и полиэтиленгликоля в весовом соотношении 1:1:1, причем размер наноразмерного порошка галлуазита составляет 30-100 нм в диаметре и 0,5-1 мкм в длину), 1,2 части дисперсанта DRS-1S, 3,2 части добавки, снижающей водоотдачу, DRF-2L, 3,2 части замедлителя схватывания DRH-2L, 0,2 части пеногасителя DXR-1L и 58 частей воды.
Способ получения устойчивой к высоким температурам композиции цементного раствора для цементирования в этом примере был таким же, как и в примере 1.
Плотность устойчивой к сверхвысоким температурам композиции цементного раствора для цементирования в этом примере составляет 1,90 г/см3, а результаты различных экспериментов приведены в Таблице 2.
Пример 7
В этих примерах предложена устойчивая к сверхвысоким температурам композиция цементного раствора для цементирования, содержащая по весу: 100 частей цемента для применения в нефтяной скважине класса G компании Jiahua, 50 частей стабилизатора прочности для сверхвысоких температур (промытый кислотой кварцевый песок размером 600 меш с чистотой 97% или более), 20 частей армирующего материала для сверхвысоких температур (смесь галлуазита, муллита и трикальцийфосфата в весовом соотношении 2:2:1), 4 части стабилизатора суспензии для сверхвысоких температур (смесь карбоксиметилкрахмала натрия, наноразмерного порошка галлуазита и полиэтиленгликоля в весовом соотношении 1:2:1, причем размер наноразмерного порошка галлуазита составляет 30-100 нм в диаметре и 0,5-1 мкм в длину), 1,2 части дисперсанта DRS-1S, 3,2 части добавки, снижающей водоотдачу, DRF-2L, 3,2 части замедлителя схватывания DRH-2L, 0,2 части пеногасителя DXR-1L и 58 частей воды.
Способ получения устойчивой к высоким температурам композиции цементного раствора для цементирования в этом примере был таким же, как и в примере 1.
Плотность устойчивой к сверхвысоким температурам композиции цементного раствора для цементирования в этом примере составляет 1,90 г/см3, а результаты различных экспериментов приведены в Таблице 2.
Пример 8
В этих примерах предложена устойчивая к сверхвысоким температурам композиция цементного раствора для цементирования, содержащая по весу: 100 частей цемента для применения в нефтяной скважине класса G компании Jiahua, 50 частей стабилизатора прочности для сверхвысоких температур (промытый кислотой кварцевый песок размером 600 меш с чистотой 97% или более), 20 частей армирующего материала для сверхвысоких температур (смесь галлуазита, муллита и трикальцийфосфата в весовом соотношении 1:1:1), 4 части стабилизатора суспензии для сверхвысоких температур (смесь карбоксиметилкрахмала натрия, наноразмерного порошка галлуазита и полиэтиленгликоля в весовом соотношении 1:2:1, причем размер наноразмерного порошка галлуазита составляет 30-100 нм в диаметре и 0,5-1 мкм в длину), 1,2 части дисперсанта DRS-1S, 3,2 части добавки, снижающей водоотдачу, DRF-2L, 3,2 части замедлителя схватывания DRH-2L, 0,2 части пеногасителя DXR-1L и 58 частей воды.
Способ получения устойчивой к высоким температурам композиции цементного раствора для цементирования в этом примере был таким же, как и в примере 1.
Плотность устойчивой к сверхвысоким температурам композиции цементного раствора для цементирования в этом примере составляет 1,90 г/см3, а результаты различных экспериментов приведены в Таблице 2.
Пример 9
В этих примерах предложена устойчивая к сверхвысоким температурам композиция цементного раствора для цементирования, содержащая по весу: 100 частей цемента для применения в нефтяной скважине класса G компании Jiahua, 50 частей стабилизатора прочности для сверхвысоких температур (промытый кислотой кварцевый песок размером 600 меш с чистотой 97% или более), 20 частей армирующего материала для сверхвысоких температур (смесь галлуазита, муллита и трикальцийфосфата в весовом соотношении 2:2:1), 4 части стабилизатора суспензии для сверхвысоких температур (смесь карбоксипропилкрахмала натрия, наноразмерного порошка галлуазита и полиэтиленоксида в весовом соотношении 1:2:1, причем размер наноразмерного порошка галлуазита составляет 30-100 нм в диаметре и 0,5-1 мкм в длину), 1,2 части дисперсанта DRS-1S, 3,2 части добавки, снижающей водоотдачу, DRF-2L, 3,2 части замедлителя схватывания DRH-2L, 0,2 части пеногасителя DXR-1L и 58 частей воды.
Способ получения устойчивой к высоким температурам композиции цементного раствора для цементирования в этом примере был таким же, как и в примере 1.
Плотность устойчивой к сверхвысоким температурам композиции цементного раствора для цементирования в этом примере составляет 1,90 г/см3, а результаты различных экспериментов приведены в Таблице 2.
Пример 10
В этих примерах предложена устойчивая к сверхвысоким температурам композиция цементного раствора для цементирования, содержащая по весу: 100 частей цемента для применения в нефтяной скважине класса G компании Jiahua, 50 частей стабилизатора прочности для сверхвысоких температур (промытый кислотой кварцевый песок размером 600 меш с чистотой 97% или более), 20 частей армирующего материала для сверхвысоких температур (смесь галлуазита, муллита и трикальцийфосфата в весовом соотношении 2:2:1), 4 части стабилизатора суспензии для сверхвысоких температур (смесь карбоксигексилкрахмала, наноразмерного цеолита и полиэтиленгликоля в весовом соотношении 1:2:1, причем размер наноразмерного цеолита составляет 30-100 нм в диаметре частицы), 1,2 части дисперсанта DRS-1S, 3,2 части добавки, снижающей водоотдачу, DRF-2L, 3,2 части замедлителя схватывания DRH-2L, 0,2 части пеногасителя DXR-1L и 58 частей воды.
Способ получения устойчивой к высоким температурам композиции цементного раствора для цементирования в этом примере был таким же, как и в примере 1.
Плотность устойчивой к сверхвысоким температурам композиции цементного раствора для цементирования в этом примере составляет 1,90 г/см3, а результаты различных экспериментов приведены в Таблице 2.
Пример 11
В этих примерах предложена устойчивая к сверхвысоким температурам система цементного раствора для цементирования, содержащая по весу: 100 частей цемента для применения в нефтяной скважине класса G компании Jiahua, 50 частей стабилизатора прочности для сверхвысоких температур (промытый кислотой кварцевый песок размером 600 меш с чистотой 97% или более), 20 частей армирующего материала для сверхвысоких температур (смесь галлуазита, муллита и трикальцийфосфата в весовом соотношении 2:2:1), 4 части стабилизатора суспензии для сверхвысоких температур (смесь карбоксиметилкрахмала натрия, наноразмерного цеолита и поливинилового спирта в весовом соотношении 1:2:1, причем размер наноразмерного цеолита составляет 30-100 нм в диаметре частицы), 1,2 части дисперсанта DRS-1S, 4 части добавки, снижающей водоотдачу, DRF-2L, 3 части замедлителя схватывания DRH-2L, 0,2 части пеногасителя DXR-1 и 58 частей воды.
Способ получения устойчивой к высоким температурам композиции цементного раствора для цементирования в этом примере был таким же, как и в примере 1.
Плотность устойчивой к сверхвысоким температурам композиции цементного раствора для цементирования в этом примере составляет 1,90 г/см3, а результаты различных экспериментов приведены в Таблице 2.
Сравнительный пример 1
В этом сравнительном примере предложена система цементного раствора, содержащая по весу: 100 частей цемента для применения в нефтяной скважине класса G компании Jiahua, 50 частей стабилизатора прочности для сверхвысоких температур (промытый кислотой кварцевый песок размером 600 меш с чистотой 97% или более), 2,5 части стабилизатора суспензии на основе биополимера DRK-3S, 1,2 части дисперсанта DRS-1S, 4 части добавки, снижающей водоотдачу, DRF-2L, 3 части замедлителя схватывания DRH-2L, 0,2 части пеногасителя DXR-1L и 51 часть воды.
Систему цементного раствора в этом сравнительном примере получали следующим способом: (1) цемент для применения в нефтяной скважине класса G, стабилизатор прочности для сверхвысоких температур, стабилизатор суспензии и дисперсант гомогенно смешивали в вышеуказанных пропорциях для получения сухой смеси; (2) добавку, снижающую водоотдачу, замедлитель схватывания, пеногаситель и воду гомогенно смешивали в вышеуказанных пропорциях для получения влажной смеси; (3) сухую смесь, полученную на этапе (1), равномерно добавляли во влажную смесь, полученную на этапе (2), при скорости вращения 4000±200 об/мин, и после того, как сухая смесь была полностью добавлена к влажной смеси, смесительный стакан накрывали крышкой, скорость вращения мешалки доводили до 12000±500 об/мин, и перемешивание продолжали в течение 35 с для получения системы цементного раствора.
Плотность системы цементного раствора в этом сравнительном примере составляет 1,90 г/см3, а результаты различных экспериментов приведены в Таблице 3.
Сравнительный пример 2
В этом сравнительном примере предложена система цементного раствора, содержащая по весу: 100 частей цемента для применения в нефтяной скважине класса G компании Jiahua, 50 частей стабилизатора прочности для сверхвысоких температур (промытый кислотой кварцевый песок размером 600 меш с чистотой 97% или более), 3 части стабилизатора суспензии на основе биополимера DRK-3S, 1,2 части дисперсанта DRS-1S, 4,5 части добавки, снижающей водоотдачу, DRF-2L, 4 части замедлителя схватывания DRH-2L, 0,2 части пеногасителя DXR-1L и 51 часть воды.
Способ получения системы цементного раствора в этом сравнительном примере был таким же, как и в сравнительном примере 1.
Плотность системы цементного раствора в этом сравнительном примере составляет 1,90 г/см3, а результаты различных экспериментов приведены в Таблице 3.
Сравнительный пример 3
В этом сравнительном примере предложена система цементного раствора, содержащая по весу: 100 частей цемента для применения в нефтяной скважине класса G компании Jiahua, 50 частей стабилизатора прочности для сверхвысоких температур (промытый кислотой кварцевый песок размером 600 меш с чистотой 97% или более), 3.5 части стабилизатора суспензии на основе биополимера DRK-3S, 1,2 части дисперсанта DRS-1S, 5,5 части добавки, снижающей водоотдачу, DRF-2L, 5 частей замедлителя схватывания DRH-2L, 0,2 части пеногасителя DXR-1L и 51 часть воды.
Способ получения системы цементного раствора в этом сравнительном примере был таким же, как и в сравнительном примере 1.
Плотность системы цементного раствора в этом сравнительном примере составляет 1,90 г/см3, а результаты различных экспериментов приведены в Таблице 3.
Сравнительный пример 4
В этом сравнительном примере предложена система цементного раствора, содержащая по весу: 100 частей цемента для применения в нефтяной скважине класса G компании Jiahua, 50 частей стабилизатора прочности для сверхвысоких температур (промытый кислотой кварцевый песок размером 600 меш с чистотой 97% или более), 20 частей армирующего материала для сверхвысоких температур (смесь галлуазита, муллита и трикальцийфосфата в весовом соотношении 1:1:1), 4 части стабилизатора суспензии для высоких температур (смесь карбоксиметилкрахмала натрия, сульфата алюминия и полиэтиленгликоля в весовом соотношении 1:2:1), 1,2 части дисперсанта DRS-1S, 5,5 частей добавки, снижающей водоотдачу, DRF-2L, 5,5 частей замедлителя схватывания DRH-2L, 0,2 части пеногасителя DXR-1L и 58 частей воды.
Способ получения системы цементного раствора в этом сравнительном примере был таким же, как и в сравнительном примере 1.
Плотность системы цементного раствора в этом сравнительном примере составляет 1,90 г/см3, а результаты различных экспериментов приведены в Таблице 3.
Сравнительный пример 5
В этом сравнительном примере предложена система цементного раствора, содержащая по весу: 100 частей цемента для применения в нефтяной скважине класса G компании Jiahua, 50 частей стабилизатора прочности для сверхвысоких температур (промытый кислотой кварцевый песок размером 600 меш с чистотой 97% или более), 20 частей армирующего материала для сверхвысоких температур (смесь галлуазита, муллита и трикальцийфосфата в весовом соотношении 1:1:1), 4,5 части стабилизатора суспензии для высоких температур (смесь карбоксиметилкрахмала натрия и наноразмерного порошка галлуазита в весовом соотношении 1:2, причем размер наноразмерного порошка галлуазита составляет 30-100 нм в диаметре и 0,5-1 мкм в длину), 1,2 части дисперсанта DRS-1S, 5,5 частей добавки, снижающей водоотдачу, DRF-2L, 5 частей замедлителя схватывания DRH-2L, 0,2 части пеногасителя DXR-1L и 58 частей воды.
Способ получения системы цементного раствора в этом сравнительном примере был таким же, как и в сравнительном примере 1.
Плотность системы цементного раствора в этом сравнительном примере составляет 1,90 г/см3, а результаты различных экспериментов приведены в Таблице 3.
Сравнительный пример 6
В этом сравнительном примере предложена система цементного раствора, содержащая по весу: 100 частей цемента для применения в нефтяной скважине класса G компании Jiahua, 50 частей стабилизатора прочности для сверхвысоких температур (промытый кислотой кварцевый песок размером 600 меш с чистотой 97% или более), 20 частей армирующего материала для высоких температур (метакаолина размером 300 меш), 4,5 части стабилизатора суспензии для высоких температур (смесь карбоксиметилкрахмала натрия, наноразмерного порошка галлуазита и полиэтиленгликоля в весовом соотношении 1:2:1, причем размер наноразмерного порошка галлуазита составляет 30-100 нм в диаметре и 0,5-1 мкм в длину), 1,2 части дисперсанта DRS-1S, 5,5 частей добавки, снижающей водоотдачу, DRF-2L, 5 частей замедлителя схватывания DRH-2L, 0,2 части пеногасителя DXR-1L и 58 частей воды.
Способ получения системы цементного раствора в этом сравнительном примере был таким же, как и в сравнительном примере 1.
Плотность системы цементного раствора в этом сравнительном примере составляет 1,90 г/см3, а результаты различных экспериментов приведены в Таблице 3.
Таблица 1
Таблица 2
Таблица 3
Как видно из данных в Таблице 1, плотность устойчивой к сверхвысоким температурам системы цементного раствора для цементирования по настоящему изобретению является регулируемой. Для устойчивых к высоким температурам систем цементного раствора для цементирования по всем примерам текучесть составляет более 22 см, водоотдача, измеряемая по методике АНИ, составляет менее 50 мл, а содержание свободной воды составляет 0, что соответствует требованиям для цементирования конструкции. Испытание свойств загустевания показывает, что время загустевания устойчивых к сверхвысоким температурам систем цементного раствора для цементирования всех примеров настоящего изобретения является регулируемым, и кривая загустевания является нормальной, без аномальных явлений, таких как «выпячивание». Испытание на прочность при сжатии цементного камня показывает, что для цементного камня, отвержденного из устойчивой к сверхвысоким температурам системы цементного раствора для цементирования всех примеров настоящего изобретения, как обычная система плотности, так и система высокой плотности имеют прочность на сжатие за 7 д (7 дней) более 40 МПа, а система низкой плотности имеет прочность на сжатие за 7 д (7 дней) более 35 МПа.
Разница между системой цементного раствора примера 1 и системой сравнительного примера 1 в основном заключается в том, что в примере 1 2,5 части стабилизатора суспензии в сравнительном примере 1 заменяют 3 частями стабилизатора суспензии для сверхвысоких температур и добавляют 20 частей армирующего материала для сверхвысоких температур. Как видно из сравнения данных в таблицах 1 и 3, при тех же экспериментальных условиях текучесть системы цементного раствора сравнительного примера 1 составляет 21 см, а текучесть системы цементного раствора примера 1 составляет 24 см, что указывает на то, что стабилизатор суспензии для сверхвысоких температур настоящего изобретения улучшает текучесть системы цементного раствора. Прочность на сжатие за 7 д цементного камня, отвержденного из системы цементного раствора сравнительного примера 1, составляет 35 МПа, а прочность на сжатие за 7 д цементного камня, отвержденного из системы цементного раствора примера 1, составляет 42,5 МПа. Прочность на сжатие за 7 д цементного камня увеличена на 21,4%, что указывает на то, что армирующий материал для сверхвысоких температур настоящего изобретения эффективно улучшает механические свойства цементного камня при высокой температуре.
Разница между системой цементного раствора примера 3 и системой сравнительного примера 2 в основном заключается в том, что в примере 3 3 части стабилизатора суспензии в сравнительном примере 2 заменяют 4 частями стабилизатора суспензии для сверхвысоких температур и добавляют 20 частей армирующего материала для сверхвысоких температур. В тех же экспериментальных условиях система цементного раствора сравнительного примера 2 имеет кривую загустевания с «выпячиванием», изменение плотности 0,34 г/см3 и содержание свободной воды 0,01%; система цементного раствора примера 3 имеет нормальную кривую загустевания, изменение плотности 0,02 г/см3 и содержание свободной воды 0. Это указывает на то, что стабилизатор суспензии для сверхвысоких температур настоящего изобретения эффективно решает проблемы аномальной кривой загустевания, обволакивание керна и оседания цементного раствора и улучшает стабильность цементного раствора. Прочность на сжатие за 7 д цементного камня, отвержденного из системы цементного раствора сравнительного примера 2, составляет 30 МПа, а прочность на сжатие за 7 д цементного камня, отвержденного из системы цементного раствора примера 3, составляет 40,8 МПа. Прочность на сжатие за 7 д цементного камня увеличена на 36%, что указывает на то, что армирующий материал для сверхвысоких температур настоящего изобретения эффективно улучшает механические свойства цементного камня при сверхвысокой температуре.
Пример 2, пример 3 и пример 4 представляют собой системы цементного раствора с плотностью 1,35 г/см3, 1,90 г/см3 и 2,35 г/см3, соответственно. Цементный камень примера 2 имеет прочность на сжатие за 7 д 36,4 МПа, изменение плотности 0,02 г/см3 и водоотдачу, измеряемую по методике АНИ, 46 мл. Цементный камень примера 3 имеет прочность на сжатие за 7 д 40,8 МПа, изменение плотности 0,02 г/см3 и водоотдачу, измеряемую по методике АНИ 37, мл. Цементный камень примера 4 имеет прочность на сжатие за 7 д 43,6 МПа, изменение плотности 0,03 г/см3 и водоотдачу, измеряемую по методике АНИ, 42 мл. В тех же экспериментальных условиях прочность на сжатие эффективно улучшается по сравнению с прочностью цементного камня в сравнительном примере 2; изменения плотности меньше или равны 0,03 г/см3; плотность регулируется; и другие свойства удовлетворяют характеристикам цементирующей конструкции для сверхвысоких температур.
Разница между системой цементного раствора примера 5 и системой сравнительного примера 3 в основном заключается в том, что в примере 5 3,5 части стабилизатора суспензии в сравнительном примере 3 заменяют 4,5 частями стабилизатора суспензии для сверхвысоких температур и добавляют 20 частей армирующего материала для сверхвысоких температур. В тех же экспериментальных условиях система цементного раствора сравнительного примера 3 имеет кривую загустевания с «образованием ступеней», текучесть 20 см изменение плотности 0,40 г/см3 и содержание свободной воды 0,02%; система цементного раствора примера 5 имеет нормальную кривую загустевания, текучесть 23 см, изменение плотности 0,03 г/см3 и содержание свободной воды 0. Это указывает на то, что стабилизатор суспензии для сверхвысоких температур настоящего изобретения эффективно решает проблему низкой текучести и стабильности системы цементного раствора при высокой температуре 240°C.
Разница между системой цементного раствора примера 5 и системами цементного раствора сравнительных примеров 4 и 5 в основном заключается в том, что в примере 5 конкретные составы стабилизаторов суспензии для высоких температур в сравнительных примерах 4 и 5 изменены. В тех же экспериментальных условиях система цементного раствора сравнительного примера 4 имеет изменение плотности 0,19 г/см3 и содержание свободной воды 0,01%; система цементного раствора сравнительного примера 5 имеет изменение плотности 0,17 г/см3 и содержание свободной воды 0,01%; система цементного раствора примера 5 имеет изменение плотности 0,03 г/см3 и содержание свободной воды 0. Это указывает на то, что проблема низкой стабильности системы цементного раствора при высокой температуре 240°C может быть эффективно решена только при использовании конкретного состава стабилизатора суспензии для сверхвысоких температур, представленного в настоящем изобретении. Разница между системой цементного раствора примера 5 и системой сравнительного примера 6 в основном заключается в том, что в примере 5 армирующий материал для сверхвысоких температур, метакаолин в сравнительном примере 6 заменен армирующим материалом для сверхвысоких температур. В тех же экспериментальных условиях система цементного раствора сравнительного примера 6 сильно загустевает, а время загустевания значительно сокращается. Это в основном связано с тем, что, хотя метакаолин обладает анти-распадающим действием при высокой температуре, его совместимость с системой является низкой. С другой стороны, армирующий материал для сверхвысоких температур настоящего изобретения имеет хорошую совместимость с системой цементного раствора и эффективно улучшает механические свойства цементного камня при высокой температуре.
Таким образом, устойчивая к сверхвысоким температурам система цементного раствора для цементирования, предложенная в настоящем изобретении, имеет высокую термостойкость, широкий применимый диапазон (применимая температура 30°C-240°C) и превосходную стабильность оседания. Система цементного раствора имеет плотность 1,35-2,35 г/см3 и изменение плотности не более 0,04 г/см3 (предпочтительно не более 0,03 г/см3) при работе при применимой температуре (в частности, при 220-240°C); плотность регулируется для удовлетворения требования к плотности системы цементного раствора при различных условиях работы. Кроме того, система цементного раствора настоящего изобретения обладает превосходными реологическими свойствами, малой тиксотропностью, регулируемым временем загустевания в пределах применимого температурного диапазона, низкой начальной консистенцией во время загустевания и коротким временем озоления (в пределах 50 с), что позволяет избежать проблем «выпячивания» и «образования ступеней» кривой загустевания. Кривая загустевания является нормальной, что решает проблему низкой стабильности и отклонения прочности системы цементного раствора в условиях 220°C-240°C, и линейная зависимость между временем загустевания и температурой, плотностью и т. п. является хорошей. В то же время, система цементного раствора настоящего изобретения может эффективно предотвращать уменьшение прочности на сжатие цементного камня при высокой температуре и делать прочность на сжатие цементного камня возрастом 28 д более 35 МПа. Таким образом, устойчивая к сверхвысоким температурам система цементного раствора для цементирования настоящего изобретения может гарантировать безопасность цементирования конструкций в глубоких скважинах, сверхглубоких скважинах и особо сверхглубоких скважинах при высокой температуре и сверхвысокой температуре, обеспечивать эффект цементирования и герметизации и улучшать качество цементирования.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| Основа утяжеленного термостойкого тампонажного раствора | 2020 |
|
RU2763195C1 |
| СУХАЯ ЦЕМЕНТНАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ БУРОВЫХ СКВАЖИН | 2007 |
|
RU2478681C2 |
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАМЕДЛИТЕЛЯ СХВАТЫВАНИЯ МЕДЛЕННОГО ВЫСВОБОЖДЕНИЯ ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИНЫ | 2021 |
|
RU2786170C1 |
| ВЫСОКОПРОНИКАЮЩИЙ ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР | 2012 |
|
RU2513220C2 |
| Тампонажный раствор низкой плотности | 2017 |
|
RU2652040C1 |
| ОСНОВА УТЯЖЕЛЕННОГО ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА | 2001 |
|
RU2194844C2 |
| КОМПОЗИЦИЯ ГЕОПОЛИМЕРА, СПОСОБНАЯ К ПЕРЕКАЧИВАНИЮ, ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В НЕФТЕПРОМЫСЛОВОЙ ИНДУСТРИИ | 2007 |
|
RU2446199C2 |
| ТАМПОНАЖНЫЙ СОСТАВ ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ПОЛОГИХ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН | 2003 |
|
RU2256775C1 |
| РАСШИРЯЮЩИЙСЯ ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР С РЕГУЛИРУЕМЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ | 2010 |
|
RU2452758C1 |
| ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И РЕМОНТА ГАЗОВЫХ И НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН В УСЛОВИЯХ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР | 2020 |
|
RU2741919C1 |
Группа изобретений относится к устойчивой к сверхвысоким температурам системе цементного раствора для цементирования и способу ее получения и ее применению. Способ получения системы цементного раствора включает однородное смешивание по весу 100 ч. цемента, 15-50 ч. стабилизатора прочности для сверхвысоких температур, 15-50 ч. армирующего материала для сверхвысоких температур, 0-140 ч. регулятора плотности, 1-6 ч. стабилизатора суспензии для сверхвысоких температур и 1-2 ч. дисперсанта с получением сухой смеси (первый этап). Далее осуществляют однородное смешивание по весу 2-9 ч. добавки, снижающей водоотдачу, 0,1-9 ч. замедлителя схватывания, 0,1-0,5 ч. пеногасителя и 40-120 ч. воды с получением влажной смеси (второй этап). При перемешивании осуществляют равномерное добавление сухой смеси, полученной на первом этапе, во влажную смесь, полученную на втором этапе, и последующее перемешивание в течение 35-50 с с получением системы цементного раствора. Указанную систему цементного раствора применяют для цементирования в глубоких скважинах, и/или в сверхглубоких скважинах, и/или в особо сверхглубоких скважинах при высоких и/или сверхвысоких температурах. Техническим результатом является повышение термостойкости и стабильности оседания системы цементного раствора, повышение прочности цементного камня при высокой температуре, улучшение качества цементирования. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 табл., 16 пр.
1. Устойчивая к сверхвысоким температурам система цементного раствора для цементирования, содержащая по весу: 100 ч. цемента, 15-50 ч. стабилизатора прочности для сверхвысоких температур, 15-50 ч. армирующего материала для сверхвысоких температур, 0-140 ч. регулятора плотности, 1-6 ч. стабилизатора суспензии для сверхвысоких температур, 1-2 ч. дисперсанта, 2-9 ч. добавки, снижающей водоотдачу, 0,1-9 ч. замедлителя схватывания, 0,1-0,5 ч. пеногасителя и 40-120 ч. воды;
причем стабилизатор суспензии для сверхвысоких температур содержит по весу 1-3 ч. крахмала на основе простого эфира, 1-3 ч. алюмосиликата и 1-2 ч. полиспиртового полимера.
2. Устойчивая к сверхвысоким температурам система цементного раствора для цементирования по п. 1, в которой крахмал на основе простого эфира содержит одно или более из следующего: карбоксиметилкрахмал, карбоксиэтилкрахмал, карбоксипропилкрахмал, карбоксигексилкрахмал, сульфоэтилкрахмал и сульфо-2-гидроксипропилкрахмал.
3. Устойчивая к сверхвысоким температурам система цементного раствора для цементирования по п. 1, в которой алюмосиликат представляет собой наноразмерный алюмосиликат.
4. Устойчивая к сверхвысоким температурам система цементного раствора для цементирования по п. 3, в которой наноразмерный алюмосиликат содержит одно или более из следующего: наноразмерный ортоклаз, наноразмерный цеолит, наноразмерный анортит, наноразмерный галлуазит.
5. Устойчивая к сверхвысоким температурам система цементного раствора для цементирования по п. 1, в которой полиспиртовой полимер содержит одно или более из следующего: поливиниловый спирт, полиэтиленгликоль, полиэтиленоксид.
6. Устойчивая к сверхвысоким температурам система цементного раствора для цементирования по п. 1, в которой армирующий материал для сверхвысоких температур содержит одно или более из следующего: галлуазит, муллит, трикальцийфосфат; предпочтительно армирующий материал для сверхвысоких температур содержит смесь галлуазита, муллита и трикальцийфосфата в весовом соотношении (1-2):(1-2):(1-2).
7. Устойчивая к сверхвысоким температурам система цементного раствора для цементирования по п. 1, в которой стабилизатор прочности для сверхвысоких температур содержит кварцевый песок;
регулятор плотности содержит рафинированный порошок железной руды и/или стеклянный микрошарик;
дисперсант содержит дисперсант на основе альдегидкетон-поликонденсата и/или дисперсант на основе полистиролсульфоната;
добавка, снижающая водоотдачу, содержит добавку, снижающую водоотдачу, на основе акриламидного полимера;
замедлитель схватывания содержит замедлитель на основе акриламидного полимера и/или замедлитель на основе полимера 2-акриламид-2-метилпропансульфоновой кислоты; и
пеногаситель содержит одно или более из следующего: органический сложный эфир, эфир полиоксипропиленглицерина и полидиметилсилоксан; предпочтительно органический сложный эфир содержит трибутилфосфат.
8. Устойчивая к сверхвысоким температурам система цементного раствора для цементирования по п. 7, в которой стабилизатор прочности для сверхвысоких температур содержит промытый кислотой кварцевый песок высокой степени чистоты размером 100-1500 меш и/или кварцевый песок высокой степени чистоты размером 100-1500 меш;
рафинированный порошок железной руды имеет плотность 5,05-7,20 г/см3, а стеклянный микрошарик имеет плотность 0,44-0,65 г/см3.
9. Устойчивая к сверхвысоким температурам система цементного раствора для цементирования по п. 1, в которой цемент содержит цемент для применения в нефтяной скважине класса G.
10. Устойчивая к сверхвысоким температурам система цементного раствора для цементирования по любому из пп. 1-9, имеющая плотность 1,35-2,35 г/см3, применимую температуру 30-240°С и изменение плотности не более 0,04 г/см3 в применимом температурном диапазоне.
11. Устойчивая к сверхвысоким температурам система цементного раствора для цементирования по п. 10, имеющая применимую температуру 200-240°С, предпочтительно 220-240°С, и изменение плотности не более 0,04 г/см3 в применимом температурном диапазоне.
12. Способ получения устойчивой к сверхвысоким температурам системы цементного раствора для цементирования по любому из пп. 1-11, включающий следующие этапы:
(1) однородное смешивание по весу 100 ч. цемента, 15-50 ч. стабилизатора прочности для сверхвысоких температур, 15-50 ч. армирующего материала для сверхвысоких температур, 0-140 ч. регулятора плотности, 1-6 ч. стабилизатора суспензии для сверхвысоких температур и 1-2 ч. дисперсанта с получением сухой смеси;
(2) однородное смешивание по весу 2-9 ч. добавки, снижающей водоотдачу, 0,1-9 ч. замедлителя схватывания, 0,1-0,5 ч. пеногасителя и 40-120 ч. воды с получением влажной смеси; и
(3) при перемешивании равномерное добавление сухой смеси, полученной на этапе (1), во влажную смесь, полученную на этапе (2), и последующее перемешивание в течение 35-50 с с получением устойчивой к высоким температурам системы цементного раствора для цементирования.
13. Способ получения устойчивой к сверхвысоким температурам системы цементного раствора для цементирования по п. 12, в котором на этапе (3) сухую смесь, полученную на этапе (1), равномерно добавляют во влажную смесь, полученную на этапе (2), при скорости вращения 4000±200 об/мин, а затем продолжают перемешивание в течение 35-50 с со скоростью вращения 12000±500 об/мин для получения устойчивой к сверхвысоким температурам системы цементного раствора для цементирования.
14. Применение устойчивой к сверхвысоким температурам системы цементного раствора для цементирования по любому из пп. 1-11 для цементирования в глубоких скважинах, и/или в сверхглубоких скважинах, и/или в особо сверхглубоких скважинах при высоких и/или сверхвысоких температурах.
15. Применение устойчивой к сверхвысоким температурам системы цементного раствора для цементирования в глубоких скважинах, и/или в сверхглубоких скважинах, и/или в особо сверхглубоких скважинах при высоких и/или сверхвысоких температурах по п. 14, при котором высокие и/или сверхвысокие температуры составляют 200-240°С, предпочтительно 220-240°С; глубокие скважины имеют глубину 4500-6000 м, сверхглубокие скважины имеют глубину 6000-9000 м, а особо сверхглубокие скважины имеют глубину 9000 м или более.
| CN 114380540 A, 22.04.2022 | |||
| ТАМПОНАЖНЫЙ СОСТАВ ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СТВОЛОВ СКВАЖИН | 2012 |
|
RU2508307C2 |
| CN 104962260 A, 07.10.2015 | |||
| CN 108298902 A, 20.07.2018 | |||
| CN 102173730 A, 07.09.2011 | |||
| CN 102337108 A, 01.02.2012. | |||
