Соленасыщенная тампонажная композиция для высокотемпературных скважин
Владельцы патента RU 2273654:
Общество с ограниченной ответственностью "Буровая компания ОАО "Газпром" (ООО "Бургаз") (RU)
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к материалам, используемым для цементирования нефтяных, газовых, газоконденсатных и геотермальных скважин в условиях солевой и сероводородной сред. Технический результат - получение непроницаемого цементного камня с повышенной прочностью сцепления с колонной в интервале температур 50°-110°С. Соленасыщенная тампонажная композиция для высокотемпературных скважин, включающая вяжущее и хлорид натрия, дополнительно содержит вспученный вермикулитовый песок фракции 0,3-2,5 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%: вяжущее - 85-90, хлорид натрия - 8-10, вспученный вермикулитовый песок фракции 0,3-2,5 мм - остальное. 1 табл.
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к материалам, используемым для цементирования нефтяных, газовых, газоконденсатных и геотермальных скважин в условиях солевой и сероводородной сред. Наиболее близкой по технической сущности и назначению к предлагаемому изобретению является соленасыщенная тампонажная композиция для высокотемпературных скважин, включающая портландцемент и хлорид натрия [1]. Существенными недостатками указанной соленасыщенной тампонажной композиции для высокотемпературных скважин являются высокая проницаемость цементного камня и низкая прочность сцепления его с колонной в интервале температур 50-110°С, вызванные перекристаллизацией термодинамически неустойчивых гидратных фаз. В совокупности указанные недостатки приводят к возникновению заколонных и межколонных газонефтеводо- и рапопроявлений, снижению трещиностойкости цементного камня при термических и динамических нагрузках.
При создании изобретения решалась задача получения непроницаемого цементного камня с повышенной прочностью сцепления с колонной в интервале температур 50-110°С.
Решение поставленной задачи достигается тем, что соленасыщенная тампонажная композиция для высокотемпературных скважин, включающая вяжущее и хлорид натрия, дополнительно содержит вспученный вермикулитовый песок фракции 0,3-2,5 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| вяжущее | 85-90 |
| хлорид натрия | 8-10 |
| вспученный вермикулитовый | |
| песок фракции 0,3-2,5 мм | остальное |
При этом в качестве вяжущего можно использовать портландцемент, глиноземистый цемент, шлакопортландцемент, шлакопесчаноцементную или шлакопесчаную смеси.
Приготовление соленасыщенной тампонажной композиции для высокотемпературных скважин может быть осуществлено как в заводских условиях - совместным помолом вяжущего и хлорида натрия в шаровых мельницах с последующим смешением с вспученным вермикулитовым песком в агрегатах механического типа (например, с помощью шнекового питателя), так и в условиях буровой или тампонажного цеха - смешением в заданном соотношении вяжущего, хлорида натрия и вспученного вермикулитового песка в цементосмесительных машинах СМН-20 или смесительных комплексах различного типа. Для этого, например, через тарельчатый или шнековый питатель шаровой мельницы - в первом случае, или приемный бункер шнекового транспортера смесительной машины СМН-20 - во втором случае, подаются соответственно 88 кг вяжущего, 9 кг хлорида натрия, 3 кг вспученного вермикулитового песка фракции 0,3-2,5 мм.
Были приготовлены три состава известной соленасыщенной тампонажной композиции для высокотемпературных скважин, включающий вяжущее (портландцемент ПЦТ II-СС-100 по ГОСТ 1581-96, шлакопесчаноцементная смесь ШПЦС-120 и шлакопесчаная смесь с соотношением шлака и песка 3:1) и хлорид натрия, а также 15 составов соленасыщенной тампонажной композиции для высокотемпературных скважин согласно изобретению по три на каждый из пяти видов вяжущего (портландцемент ПЦТ II-СС-100 по ГОСТ 1581-96, шлакопортландцемент М 400 по ГОСТ 10178-76, глиноземистый цемент по ГОСТ 9552-776, шлакопесчаноцементная смесь ШПЦС-120 и шлакопесчаная смесь с соотношением шлака и песка 3:1) со средним и граничным содержанием компонентов. Приготовление тампонажного раствора осуществлялось в соответствии с ГОСТ 26798.1-96.
Определение проницаемости цементного камня осуществлялось на образцах, сформированных при 50 и 110°С в цилиндрических формах диаметром 22 мм и длиной 150 мм с торцевыми заглушками. По истечении 2 суток твердения при 50°С и одних суток при 110°С с одного конца формы создавалось давление воздухом 0,3 МПа, а с другого - с помощью расходомера фиксировался его расход. Значение проницаемости рассчитывалось по результатам, полученным после 3-кратного создания термических напряжений перепадом температур 30 и 60°С соответственно для образцов, сформированных при 50 и 110°С. Прочность сцепления цементного камня с колонной при тех же термобарических условиях оценивалась по методу выпрессовывания образца из той же цилиндрической формы с помощью матрицы, пуансона и гидравлического пресса 2ПГ-10. Полученные данные сведены в таблицу.
Данные, приведенные в таблице, свидетельствует о том, что предлагаемая соленасыщенная тампонажная композиция для высокотемпературных скважин с оптимальным соотношением компонентов по сравнению с известной характеризуется отсутствием газопроницаемости цементного камня и повышенной прочностью его сцепления с колонной (в среднем в 8 раз). Улучшение свойств обусловлено расширением воздушных включений между слоями зерен вспученного вермикулита, приводящим к "распиранию" структуры в процессе формирования цементного камня в ограниченном объеме.
Источники информации
1. Техника и технология цементирования скважин/ Французский Институт Нефти, 1993. С. - 9 (прототип).
| Таблица Сравнительная характеристика свойств известной и предлагаемой соленасыщенной тампонажной композиции | |||||||
| № | Состав композиции, мас.% | Температура, °С | Плотность, г/см3 | Газопроницаемость, 10-3 мкм2 | Прочность сцепления, МПа | ||
| п/п | вяжущее | хлорид натрия | вспученный вермикулитовый песок | ||||
| известная | |||||||
| 1 | 91 ПЦ | 9 | - | 50 | 1,87 | 7,14 | 13,0 |
| 2 | 91 ШПЦС | 9 | - | 110 | 1,85 | 9,52 | 9,0 |
| 3 | 91 ШПС | 9 | - | 110 | 1,82 | 9,50 | 4,0 |
| предлагаемая | |||||||
| 4 | 85 ПЦ | 10 | 5 | 50 | 1,78 | 0,0 | 104,0 |
| 5 | 88 ПЦ | 9 | 3 | 50 | 1,78 | 0,0 | 91,0 |
| 6 | 90 ПЦ | 8 | 2 | 50 | 1,80 | 0,0 | 87,0 |
| 7 | 85 ГЦ | 10 | 5 | 50 | 1,76 | 0,0 | 74,0 |
| 8 | 88 ГЦ | 9 | 3 | 50 | 1,75 | 0,0 | 61,0 |
| 9 | 90 ГЦ | 8 | 2 | 50 | 1,75 | 0,0 | 50,0 |
| 10 | 85 ШПЦ | 10 | 5 | 50 | 1,77 | 0,0 | 87,0 |
| 11 | 88 ШПЦ | 9 | 3 | 50 | 1,78 | 0,0 | 71,0 |
| 12 | 90 ШПЦ | 8 | 2 | 50 | 1,80 | 0,0 | 58,0 |
| 13 | 85 ШПЦС | 10 | 5 | 110 | 1,74 | 0,0 | 72,0 |
| 14 | 88 ШПЦС | 9 | 3 | 110 | 1,76 | 0,0 | 63,0 |
| 15 | 90 ШПЦС | 8 | 2 | 110 | 1,80 | 0,0 | 60,0 |
| 16 | 85 ШПС | 10 | 5 | 110 | 1,75 | 0,0 | 41,0 |
| 17 | 88 ШПС | 9 | 3 | 110 | 1,78 | 0,0 | 36,0 |
| 18 | 90 ШПС | 8 | 2 | 110 | 1,79 | 0,0 | 28,0 |
Соленасыщенная тампонажная композиция для высокотемпературных скважин, включающая вяжущее и хлорид натрия, отличающаяся тем, что дополнительно содержит вспученный вермикулитовый песок фракции 0,3-2,5 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Вяжущее | 85-90 |
| Хлорид натрия | 8-10 |
| Вспученный вермикулитовый песок фракции 0,3-2,5 мм | Остальное |
