Облегченная тампонажная смесь Советский патент 1982 года по МПК E21B33/138 

(54) ОБЛЕГЧЕННАЯ ТАМПОНАЖНАЯ СМЕСЬ

Изобретение относится к глубокому бурени в частности к составам, предназначенным для цементирования нефтяных и газовых скважин. На больишх глубинах встречаются интервалы с аномально низкнмн пластовыми давлениями, перекрытие которых требует применения облег ченных тампонажных смесей. Известен облегченный цемецт, содержащий портландцемент и стеклянные шарики в количестве 10-20% от веса портландцемента или ке рамические шарики в количестве 40-60% от веса портландцемента 1 . Для предотвращения поломки шариков во время приготовления облегче1шого цементного раствора и последующей его закачки в скважину добавляется обезвоженный метасиликат натрия в количестве 0,5-2% от веса портландцемента. Щарики с метасиликат натрия добавляются в сухой цемент. Таким образом, можно после затворения водой получить цементньш раствор с плотностью меньше, чем 1,2 г/см. Кроме того, для получения низкой плотности раствора предлагается вводить 145% воДы (от веса цемента), что значительно повышает пористость цементного камня, снижает прочность и стойкость в агрессивных средах. Однако, так как цементный раствор заканчивается под давлением до 1000 кгс/см, т. е. на глубину, где имеются поглощающие о горизонты, шарики разрушаются. (Они рассчитаны на давление 70-176 кг/см 5- При разрушении шариков плотность цементного раствора неи бежно будет повышаться и весь эффект облегчения пропадает. Кроме того, шарики могут разрушаться в процессе приготовления раствора за счет механического воздействия при оиешивании и прокачке через насосные агрегаты. Известна также облегченная тампонажная смесь на основе тампонажного цемента и облегченной добавки, в качестве которой используются газонаполненные микробаллоны, которые получают из смол. Они имеют плотность 0,16 г/см и 0,42 г/см в зависимости От смолы, из которой их получают: фенолформальдегидной и мочевиноформальдегидной. Введение 5-10% микробаллонов от массы цемента способ ствует снижению плотности раств.-pa до 133-1,21 г/см при водосмесевом отношении 0,5-0,65 2. Ощшко тфи добавлении к тампонажному цементу облегченной добавки - микробаллонов с плотностью 0,1-0,25 г/см в нормальных условиях образуется тампонажный. раствор, который схватывается в течение 10 ч, а цеметный камень приобретает малую прочность. Для ускорения твердения требуется введение ускорителя, например хлористого кальция, но это снижает реологические свойства раствора. К тому же при давлении более 150 кгс/см микробаллоны разрушаются и эффект облегчения пропадает. Цель изобретения - улучшение качества смеси за счет повышения облегчаюших и прочностных свойств. Указанная цель достигается тем, что облегченная тампонажная смесь в качестве облегчаю щей добавки содержит пенопластовую крошку с размером фракции 1,5-2 мм при следующем соотношении компонентов, вес.%: Пенопластовая кронжа2-3 Тампонажный цемент Остальное При плотности тампонажного цемента, равной 3,14 г/см введение облегчающей добавки с плотностью 0,06 г/см обеспечивает при водо цементном отношении 0,5 получение тампонажного раствора с плотностью 1,30 г/см при 2% добавки и 1,20 г/см при 3%. Водосмесевое отношение сохраняется в пределах общепринятых по технологии приготовления тампонажных растворов, что обеспечивает получение цементного камня с достаточ но высокой прочностью и сохраняет плотную структзфу цементного камня. Облегчаюшая добавка представляет собой пенопластовую крошку с жестким каркасом, внутри которого защемлен воздух. Жесткий каркас частиц обеспечивает прочность в условиях высоких давлений, а наличие защемленного воздуха - плотность крошки 0,06 г/см. Мелкопористая структура пенопластовых крошек в сочетании с жесткостью каркаса предотвращает попадание воды внутрь частицы и; об еспечивает надежность облегчающего эффекТампонажный цемент и пенопластовую крошку подают в точном соотношении, обеспечиваемом дозирующим устройством, в дезинтегратор, работающий на мягком режиме (30-40 м/с скорость соударения частиц), что обеспечивает сохранность пенопластовых частиц

И равномерное их распределение по объему там тампонажной смеси.

В табл. 2 сведены показатели, характеризующие плотность конкретных составов 6ieiчениых тампонажных смесей. та. Понижение плотности достигается за счет того, что пенопластовая крошка водонепроницаема и при низкой плотности обуславливет значительное увеличение объема тампонажного раствора. Введение в тампонажную смесь пенопластовой крошки в количестве менее 2 вес.% не дает видимого снижения плотности: она снижается в пределах 1,,7 г/см. Введение в тампонажную смесь пенопластовой крошки в количестве более 3 вес.% дает резкое снижение прочности, особенно при нормальной температуре. Пенопластовая крошка в химическом отно шении является инертным наполнителем. Введение в тампонажную смесь пенопластовой крошки с размером меньше 1,5 мм приводит к )гвеличению удельной поверхности. В связи с этим увеличивается водопотребность, результате чего повьппается пористость образующегося цементного камня. Кроме того, сама пенопластовая крощка, измельченная до такой фракции спрсобствует образованию в цементном камне множества обобщающихся между собой микропор, что снижает прочность. Введение в тампонажную смесь пенопластовой крощки с размером более 2 мм способствует образованию крупнозернистой струкгуры, что приводит к повышенной проницаемости цементного камня. Использование крошки такого размера в объеме тампонажной смеси препятствует образованию связанного каркаса и процессе структурробразования. Крошки пенопласта остаются крупными порами, которые не зарастают кристаллическими новообразованиями и создают разрыв между участками твердой фазы, особенно когда несколько крошек располагаются рядом. Это приводит к значительному снижению прочности. Поэтому для приготовления указанной смеси необходимо использовать пенопластовую крошку размером 1,5-2 мм. .Для получения облегченной тампонажной смеси, исходя из технологических требований, проверялись конкретные составы смеси в соотпогиениях, по предлагаемому изобретению и при различных значениях, вес.% (см. табл. 1). Тоа блица 1

Таким образом, из табл. 2 видно, что в пределах по предлагаемому изобретению (пенопластовая крошка- 2-3 вес.% и тампонажный цемент,- остальное до 100 вес,%) облегченная тампонажная смесь имеет низкую плотность при высоких прочностных качествах.

В табл. 3 отражено влияние размера пенопластовой кроижи на плотность и прочность цементного камня. Данная тампонажная облег19821,040,6

39821,5-2,0 0,5

ченная смесь имеет плотность 1,2-1,3 г/см. Благодаря наличию- такой добавки состав обладает закупоривающими свойствами, так как пенопластовые крошки, попадая в паровые каналы погл(ицающего штастй, закрывают их. Из-за того, что количетсво добавки мало, она (тампонажная смесь) имеет более короткие сроки схватывания (в пределах обычных

портландцементов).

Таблица 3 Благодаря закупориваипцим свойствам тампонажной смеси имеется возможность щ оводить цементорование без предварительных изоляционных работ. Облегченная тампонажная смесь имеет хоро.шие реологические свойства. Формулд изобретения Облегченная тампонажная смесь на основе тампонажного цемента и облегченной добавки, отличающаяся тем, что, с целью улучшения качества за счет повьпцения облегча

Продолжение табл. 3 щнх и прочностных свойств, в качестве облегчающей добавки она содержит пенопластовую крощку с размере фракций ,5-2 мм при следующем соотноигении компонентов, вес.%: Пенопластовая крощка 2-3 Тампонажный. цементОстальное Истрчники инофрмации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США N 3804058, кл. 166-292, опублик. 1974. 2.Крылов В. И. Изоляция поглощающих лластов в глубоких скважинах. М., Недра, 1980, с. 132-134 (прототип).