Тампонажный раствор (варианты)

 

Изобретение относится к строительству нефтяных и газовых скважин, в частности к тампонажным растворам, предназначенным для крепления и изоляции скважин. Технический результат: снижение фильтроотдачи в широком диапазоне температур (до 100^oС), повышение прочности цементного камня и увеличение подвижности раствора без увеличения водосодержания. Тампонажный раствор включает цемент, полисахарид на основе эфира целлюлозы - полианионную целлюлозу, этилсиликат и воду, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: цемент 100, полианионная целлюлоза 0,1-0,5, этилсиликат 0,1-1,0, вода 35-50. По другому варианту тампонажный раствор дополнительно содержит аморфную окись алюминия в количестве 0,2-3,0 мас.ч. 2 с.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к строительству нефтяных и газовых скважин, в частности к тампонажным растворам, предназначенным для крепления и изоляции скважин, и может быть использовано на предприятиях нефтяной и газовой промышленности.

Известен тампонажный раствор, содержащий в своем составе следующие ингредиенты, мас.ч.: цемент - 60-65,4; карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) - 1-5; плав солей - отход производства карбофоса - 1-5; вода - 30-32,6. (см. авт. свид. СССР 1484917, кл. Е 21 В 33/138, от 1987 г.).

Недостатком известного тампонажного раствора является повышенная фильтратоотдача.

Известен тампонажный раствор, в состав которого входит, мас.%: цемент - 62-64; карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) - 0,19-0,37;сульфат натрия 0,38-0,77; вода - остальное, (см. авт. свид. СССР 1637406, кл. Е 21 В 33/138, от 1989 г.).

Однако известный тампонажный раствор обладает высокой фильтратоотдачей. Это связано с тем, что при растворении цемента в воде происходит коагуляция неустойчивой к солям кальция КМЦ. Кроме того, реагенты, входящие в известный раствор, сильно загущают его, что вызывает увеличение водосодержания в тампонажной смеси на 5 - 25%. В результате этого также снижается изолирующая способность и прочность тампонажного камня.

Добавка КМЦ в известный тампонажный состав значительно удлиняет сроки схватывания и делает их практически неуправляемыми известными реагентами-ускорителями в условиях низких положительных и нормальных температур.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности является тампонажный раствор, содержащий полисахарид на основе целлюлозы - оксиэтилцеллюлозу и воду.

Однако известный тампонажный раствор также обладает высокой фильтратоотдачей.

Изобретением решается задача придания тампонажному раствору низких значений показателя фильтратоотдачи в широком диапазоне температур до 100^oС, придание ему структурно-реологических показателей, обеспечивающих его высокую подвижность без увеличения водосодержания, при одновременном повышении прочности образующегося тампонажного камня.

Указанная техническая задача решается двумя вариантами, а именно: по первому варианту - тампонажным раствором, содержащим цемент, полисахарид на основе эфира целлюлозы, этил силикат (ЭТС) и воду, причем в качестве полисахарида на основе эфира целлюлозы раствор содержит полианионную целлюлозу при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.: Цемент - 100 Полианионная целлюлоза - 0,1-0,5 Этилсиликат - 0,1-1,0 Вода - 35-50 и по второму варианту - тампонажным раствором, содержащим цемент, полисахарид на основе эфира целлюлозы, этилсиликат и воду, причем раствор дополнительно содержит аморфную окись алюминия, а в качестве полисахарида на основе эфира целлюлозы полианионную целлюлозу при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.: Цемент - 100
Полианионная целлюлоза - 0,1-0,5
Этилсиликат - 0,1-1,0
Аморфная окись алюминия - 0,2-3,0
Вода - 35-50
Достижение поставленной технической задачи обеспечивается, по-нашему мнению, за счет следующего.

Как неожиданно оказалось, добавка полианионной целлюлозы (ПАЦ) не загущает тампонажный раствор, снижает его фильтратоотдачу, не требует в отличие от других полимеров (например, ОЭЦ) увеличенного количества добавки.

Кроме того, ПАЦ в сочетании с этилсиликатом (ЭТС) обладает еще и пластифицирующим действием. В сочетании с ЭТС наблюдается синергетический эффект, за счет которого еще больше снижается фильтратоотдача тампонажного раствора. Это обеспечивается, по-видимому, благодаря тому, что, выступая в роли пластификатора, ЭТС не позволяет цементным частицам образовывать крупные конгломераты, вследствие чего изменяется структура порового пространства, поры становятся меньше. Уменьшение размера пор приводит к облегчению процесса стабилизации жидкой фазы, а значит и к снижению склонности раствора к фильтратоотдаче.

Добавка в цементный раствор ПАЦ с ЭТС позволяет также регулировать водоцементное отношение тампонажного раствора в зависимости от требуемой плотности. Уменьшение водоцементного отношения приводит к снижению перового пространства и, следовательно, к увеличению прочности и снижению проницаемости тампонажного камня.

Вместе с этим сочетание компонентов в предлагаемом тампонажном растворе позволяет получить непроницаемый высокопрочный тампонажный камень.

С целью расширения температурного диапазона применения тампонажного раствора в условиях низких положительных температур в тампонажный раствор по второму варианту дополнительно вводится аморфная окись алюминия. Кроме этого, аморфная окись алюминия оказывает противоусадочное действие на образующийся в процессе твердения тампонажный камень, а при добавлении в тампонажный раствор этого реактива в количестве более 0,3%, наблюдается расширяющий эффект.

Известно, что полисахариды при температурах выше 50^oС теряют вязкость и соответственно способность эффективно снижать фильтрацию тампонажного раствора. Добавка в состав кремнесодержащего реагента - этилсиликата (ЭТС) позволяет расширить область применения полисахарида - ПАЦ в температурном диапазоне до 100^oС.

Для приготовления заявляемого тампонажного раствора в лабораторных условиях были использованы следующие вещества:
1. Тампонажный портландцемент, например, марки ГЩТ Т-50 ГОСТ 1581-96, ПЦТ I-100 ГОСТ 1581-96 С, ГЩТ I-G-CC-2 ГОСТ 1581-96 Сухоложского цементного завода..

2. Полианионная целлюлоза - ПАЦ: содержание КМЦ (в сухом веществе) - 70%, концентрация сухого вещества 1%, содержание влаги 8%, вязкость, измеряемая вискозиметром Брукфильда 25-45 МПа.

3. Кремнесодержащая добавка: Этилсиликат - конденсат ТУ 6-02-06-67-86, этилсиликат-40 ГОСТ 26371-84.

4. Вода техническая.

5. Аморфная окись алюминия - гамма-форма МРТУ 6-09-3200-66, "ЭКСЦЕМ СА"- ТУ 2123-020-53501222-2001.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующими примерами:
Пример 1.

Для получения заявляемого раствора к 200 мл технической воды добавили 1,0 г ПАЦ, 20 мл этилсиликата, а после перемешивания в течение 0,5 часа добавили 500 г цемента и получили тампонажный раствор со следующим содержанием ингредиентов, мас.ч.:
Цемент - 100
ПАЦ - 0,25
Этилсиликат - 0,4
Вода - 0
Пример 2.

Для получения заявляемого раствора к 250 мл технической воды добавили 2,0 г ПАЦ, 2,5 мл этилсиликата и после перемешивания в течение 0,5 часа добавили 500 г цемента и 10 г аморфной окиси алюминия перемешивали в течение 0,5 ч и получили тампонажный раствор со следующим содержанием ингредиентов, мас. ч.: цемент - 100; ПАЦ - 0,4; этилсиликат - 0,5; аморфная окись алюминия - 2; вода - 50.

Тампонажные растворы с другим содержанием ингредиентов готовили аналогичным образом.

В ходе лабораторных испытаний определяли следующие свойства предлагаемого и известных тампонажных растворов: плотность (кг/м³)
растекаемость (мм); время загустевания до консистенции 30 у.е.к. (ч-мин);
фильтратоотдача при Р=0,7 МПа (см³ через 30 мин); водоотделение (см³); сроки схватывания (ч-мин); предел прочности на изгиб при хранении в пресной воде через двое суток (МПА).

Данные о составе исследуемых тампонажных растворов приведены в табл.1.

Данные о свойствах предлагаемого и известных тампонажных растворов приведены в табл.2.

Данные исследований показывают, что предлагаемый тампонажный раствор обладает по сравнению с известным по прототипу следующими преимуществами:
- низкими значениями показателя фильтрации (при t=22^oC Ф = 15-40 см³, при t=75^oС Ф = 18-65 см³) в то время как у прототипа при t=22^oС Ф = 47 см³ и при t=75^oС Ф = 95 см³ за 10 мин;
- высокой растекаемостью (230-260 мм) по сравнению с прототипом (210 см ) при более низком водоцементном отношении;
более высокими прочностными свойствами образующегося тампонажного камня (при t= 22^oC прочность 4,3-5,6 МПа, при t=75^oC прочность 5,8-8,1 МПа) по сравнению с прототипом (при t=22^oC прочность 3,5 МПа, при t=75^oC прочность 5,25 МПа).

Использование предлагаемого раствора в промысловых условиях позволит гарантировать безаварийную доставку тампонажного раствора в скважину, повысить качество цементирования нефтегазовых скважин, скважин малого диаметра, имеющих малые зазоры и др., конструкция которых предполагает малые диаметры и зазоры.

За счет низкого водоцементного отношения предлагаемого тампонажного раствора обеспечивается исключение возможности миграции пластовых флюидов по твердеющему тампонажному раствору, благодаря чему снижается обводненность продукции скважин.

Формула изобретения

1. Тампонажный раствор, включающий цемент, полисахарид на основе эфира целлюлозы, этилсиликат и воду, отличающийся тем, что в качестве полисахарида на основе эфира целлюлозы раствор содержит полианионную целлюлозу, при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.:
Цемент - 100
Полианионная целлюлоза - 0,1-0,5
Этилсиликат - 0,1-1,0
Вода - 35-50
2. Тампонажный раствор, включающий цемент, полисахарид на основе эфира целлюлозы, этилсиликат и воду, отличающийся тем, что раствор дополнительно содержит аморфную окись алюминия, в качестве полисахарида на основе эфира целлюлозы раствор содержит полианионную целлюлозу, при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.:
Цемент - 100
Полианионная целлюлоза - 0,1-0,5
Этилсиликат - 0,1-1,0
Аморфная окись алюминия - 0,2-3,0
Вода - 35-50

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

PC4A Государственная регистрация перехода исключительного права без заключения договора

Дата и номер государственной регистрации перехода исключительного права: 31.10.2011 № РП0001802

Лицо(а), исключительное право от которого(ых) переходит без заключения договора:
Общество с ограниченной ответственностью "Пермский научно-исследовательский и проектный институт нефти" (RU)

Правопреемник: Общество с ограниченной ответственностью "ЛУКОЙЛ-Инжиниринг" (RU)

(73) Патентообладатель(и):
Общество с ограниченной ответственностью "ЛУКОЙЛ-Инжиниринг" (RU)

Адрес для переписки:
ООО "ЛУКОЙЛ-Инжиниринг", Э.М. Брандману, ул. Сущевский Вал, 2, Москва, 127055

Дата публикации: 10.12.2011

---