Способ гидрофобизации тампонажных материалов Советский патент 1991 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к тампонажным материалам, используемым при креплении нефтяных и газовых скважин.

Целью изобретения является сохранение активности вяжущего при длительном хранении при одновременном увеличении прочности цементного камня.

Способ приготовления тампонажного материала заключается в перемешивании вяжущего с кремнийорганической добавкой и водорастворимым полимером, причем сначала в вяжущее вводят водорастворимый полимер, а затем после их перемешивания вводят кремнийорганическую добавку при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Вяжущее-99,4-99,7

Водорастворимый

полимер0,225-0.5

Кремнийорганическая

добавка0,075-0,1

В качестве водорастворимого полимера используют модифицированную метилцел- люлозу или оксихлорид алюминия, или КРТР, или гипан, а в качестве кремнийорганической добавки - петросил или ГКЖ-1 Т.

Водорастворимые полимеры препятствуют агрегированию цементных частиц в результате создания вокруг цементных частиц вязких, структурованных слоев, обладающих довольно высокой упругостью, что является структурно-механическим барьером для их сближения. Однако поверхность таких слоев гидрофильна. Кремнийорганиче- ские соединения, адсорбирующиеся на пленках из водорастворимого полимера; придают поверхности этих пленок гидро- фобность. Таким образом, при последовательной обработке достигается получение прочного защитного слоя на поверхности цементных частиц.

о о

со

Os

VI

При введении высокомолекулярного полимера в сухую смесь вяжущего происходит взаимодействие его только с некоторыми ионами кальция. Последующее введение гидрофобизатора способствует определенному расположению одна относительно другой остальных функциональных групп полимера и гидрофобизаторз. В результате такого взаимодействия наблюдается упрочнение высокомолекулярных полимеров в растворе гидратными новообразованиями и наличие частичек последних в рентгено- аморфном состоянии. Увеличивается прочность структуры камня. Роль гидрофобизатора состоит не только в сохранении активности вяжущего, но и улучшении его свойств за счет сохранения полимера и частичного взаимодействия с ним. Гидрофобизирующая добавка покрывает высокомолекулярный полимер и большую площадь вяжущего, усиливая эффект гидрофобизации. Одновременно исключается и пенообразование.

Тампонажный раствор приготавливают следующим образом: обработку цемента реагентами проводят путем смешивания цемента с ними в шаровой мельнице в течение 20 мин при последовательном вводе сначала водорастворимого полимера, а затем кремнийорганической добавки. Материал затворяют водой до растекаемости 20-22 см. Из полученного раствора готовят призмы 2x2x10 см, которые затем испытывают. Испытания проводят на тампонажном материале непосредственно после обработки цемента и после хранения его 1 мес в атмосфере влажности 100%.

По результатам испытаний определяют потери активности по процентному снижению прочности цементного камня. Оценка сохраняемости тампонажного материала также приводится по данным остатка на сите 0,93 после просеивания необработанных и обработанных водорастворимым полимером и гидрофобизатором проб цемента после хранения его в бумажных мешках на открытом воздухе под навесом. Время впитывания капли определяют по следующей методике: 10 г цемента, обработанного последовательно полимером и гидрофобизатором, после хранения в течение двух суток на открытом воздухе развивают тонким слоем на сухой поверхности и наносят на этот слой несколько капель воды, затем засекают время впитывания капли.

Сравнительная характеристика тампонажного материала приведена в таблице.

П р и м е р 1 (опыт 3). Навеску ПЦ-ДО-50 997 г (99,7%) загружают в лабораторную шаровую мельницу и вводят 2.25 г (0,225

мас.%) водорастворимого полимера (ММЦ), перемешивают в течение 10 мин. затем вводят 0,75 г (0,075 мас.%) и перемешивают в течение 10 мин.

Готовый материал затворяют водой

при в/т 0,5. Из полученного раствора изготавливают призмы 2x2x10 см, которые твердеют двое суток, и испытывают их на изгиб, а полученные половинки - на сжатие.

Испытания проводят на тампонажном материале непосредственно после химобработ- ки и после хранения его 1 мес в атмосфере влажности 100%.

По результатам испытаний определяют

процент потери активности по процентному снижению прочности цементного камня. Процент потери активности составляет 3,1 %.Неотработанный и обработанный химреагентами материал засыпают в бумажные

мешки и хранят на открытом воздухе под навесом 1,6,12 мес., после чего в указанные сроки тампонажный материал затворяют водой при в/т 0,5, и из полученного раствора готовят призмы 2x2 х 10 см, которые

твердеют двое суток, и испытывают их на изгиб и сжатие. Получают прочность изгиб/сжатие 5,1/18,7; 4,62/16,1; 3,62/15,5. В указанные сроки также просеивают тампонажный материал через сито 0,93. Полученные остатки на сите: 0,01; 2,0; 2,1%. Взвешивают 10 г тампонажного материала после хранения в течение двух суток на открытом воздухе, разравнивают тонким слоем и наносят на этот слой несколько капель

воды. Засекают время впитывания капли, которое составляет 145 мин.

Приме р 2 (опыт 15). Состав тампонажного материала следующий мас.%:

ПЦТ-ДО-5099,5

Водорастворимый полимер (ММЦ)0,4 Кремнийорганическая добавка (ГКЖ-11)0,1

45

Результаты испытаний:

2.6

Процент потери

активности. %

Остаток на сите через 0 1, б, 12 мес хранения

соответственно, % ,0,01; 2,0; 2,0

Прочность через 12 мес

изгиб / сжатие. МПа3.72/16.42

Время впитывания 5 капли, мин178

Примерз (опыт 19). Состав тампонажного материала следующий, мас.%:

ПЦТ-ДО-5099.4

. Водорастворимый

полимер (ОХА)0,5

Кремнийорганическая добавка (ГКЖ-11)0,1

Результаты испытаний: Процент потери

активности, %2,0%

Остаток на сите через 1,6, 12 мес хранения соответственно, %0,01; 2,0; 2,2

Прочность через 12 мес изгиб/сжатие, МПа3,3/16,10

Время впитывания

капли, мин172

П ример4(опыт 12). Составтампонаж- ого материала следующий, мас.%:

ШПЦС-120 Водорастворимый полимер (КРТР) Кремнийорганическая добавка (ГКЖ)

Результаты испытаний:

Процент потери

активности, %3,1

Остаток на сите через 1, 6, 12 мес хранения соответственно. %0,01; 2,0; 2,1

Прочность через 12 мес изгиб/сжатие, МПа4,9/19,7

Время впитывания капли, мин 141

Приме р5(опыт 13). Состав тампонаж- ого материала следующий, мас.%:

ШПЦС-200 Водорастворимый полимер (гипан) Кремнийорганическая добавка (ГКЖ)

Результаты испытаний:

Процент потери активности, % 3.1 Остаток на сите, %0,01; 2,0; 2,1

Прочность через 12 мес. изгиб/сжатие, МПа4,7/19,2

Время впитывания капли, мин 141 П р и м е р 6 (опыт 27) Состав тампонаж- ного материала следующий, мас.%:

0

5

0

5

ШПЦС-12099,3

Водорастворимый

полимер (КРТР)0,584

Кремнийорганическая добавка

(петросил)0,116

Результаты испытаний:

Процент потери активности, % 2,6 Остаток на сите, %0,01; 2,3; 2,4

Прочность через 12 мес. изгиб/сжатие, МПа4,5/170

Время впитывания капли, мин150

Как видно из таблицы, тампонажный материал отличается повышенной активностью, прочностью и сохраняемостью при длительном хранении.

Температурный диапазон применения тампонажного материала определяется видом вяжущего, входящим в его состав, на основе портландцемента до 100°С; ШПЦС- 120 до 160°С; ШПЦС-200 до 250°С.

Применение способа гидрофобизации тампонажного материала позволяет улучшить свойства цементных растворов и качество крепления скважин.

30

t

Формула изобретения

Способ гидрофобизации тампонажных материалов, включающий смешение тампонажного вяжущего и гидрофобизирующей кремнийорганической добавки, отличающийся тем, что, с целью сохранения активности вяжущего при длительном хранении при одновременном увеличении прочности цементного камня, тампонажное вяжущее предварительно смешивают с водорастворимым полимером - понизителем водоотдачи при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Тампонажное вяжущее 99,4-99,7

Водорастворимый

полимер - понизитель , водоотдачи0.225-0,500

Гидрофобизирующая

Кремнийорганическая

добавка0.075-0.100

Изобретение относится к производству тампонажных вяжущих. Цель - повышение активности вяжущего при длительном хранении при одновременном повышении прочности. Тампонажный материал смешивают с водорастворимым полимером - понизителем водоотдачи. Затем в смесь вводят гидрофобизирующую кремнийорганическую добавку и перемешивают. Соотношение вяжущего и добавок составляет, мас.%: тампонажное вяжущее 99,4 - 99,7

водорастворимый полимер 0,225 - 0,500

кремнийорганическая добавка 0,075 - 0,100. В качестве вяжущего используют портландцемент и шлакопесчаные смеси. Прочность цементного камня увеличивается более чем 2,5 раз. Потеря активности цемента - не более 3,1% за месяц. 1 табл.