Дисперсно-армированный тампонажный раствор
Владельцы патента RU 2281309:
Ухтинский государственный технический университет (УГТУ) (RU)
Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин. Технический результат - улучшение демпфирующих и адгезионных свойств тампонажных растворов, повышение седиментационной устойчивости и долговременное сохранение прочности цементного камня. Дисперсно-армированный тампонажный раствор, включающий тампонажный портландцемент, минеральное волокно, соль поливалентного металла, водорастворимый полимер и воду, в качестве минерального волокна содержит асбестовое или базальтовое волокно размером не более 5 мм, в качестве соли поливалентного металла хлористый кальций, в качестве водорастворимого полимера оксиэтилированную целлюлозу и дополнительно резиновую крошку размером 1-3 мм при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: портландцемент тампонажный 100, указанное минеральное волокно 3-4, оксиэтилированная целлюлоза -0,1-0,2, хлористый кальций - 0,3-0,4, указанная резиновая крошка - 5-7. 2 табл.
Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин.
Известен тампонажный раствор для крепления скважин, содержащий портландцемент, королек, полиоксиэтилен, хлорид натрия и воду [1]. Королек выполняет роль армирующей добавки, а водорастворимый полимер усиливает деформируемость и сцепление цементного камня с обсадной колонной.
Недостатками раствора являются низкие демпфирующие и высокие фильтрационные показатели.
Наиболее близким по составу к предлагаемому является дисперсно-армированный тампонажный раствор, содержащий портландцемент, минеральное волокно с хризотил-асбестом, кислую соль поливалентного металла или смесь этих солей, силикокристаллит, водорастворимый полимер и воду [2]. Эффективность дисперсно-армированного материала достигается активизацией вяжущего с микроармирующей добавкой в дезинтеграторе. Однако этот не обладает достаточными демпфирующими свойствами.
Задача изобретения - улучшение демпфирующих и адгезионных свойств тампонажных растворов при их высокой седиментационной устойчивости и долговременном сохранении прочности цементного камня.
Указанная задача выполняется за счет добавления к тампонажному раствору, содержащему портландцемент, минеральное волокно (асбестовое или базальтовое), соль поливалентного металла и водорастворимый полимер, резиновой крошки при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Портландцемент тампонажный - 100
Минеральное волокно (асбестовое или базальтовое) - 3-4
Резиновая крошка - 5-7
Водорастворимый полимер (оксиэтилированная целлюлоза) - 0,1-0,2
Хлорид кальция - 0,3-0,4.
Дисперсно-армированные тампонажные материалы представляют собой смесь вяжущего и волокнистых материалов, произвольно ориентированных и равномерно распределенных по всему объему и работающих с матрицей за счет их сцепления повышением прочности камня на растяжение. Добавка резиновой крошки позволяет повысить упругоэластичные свойства тампонажного раствора и цементного камня за счет равномерного распределения эластичных частиц в объеме раствора и связывания их асбестовыми волокнами, что способствует образованию во всем объеме композиции волокнистой структуры, т.е. повышению ее прочности и упругоэластичных свойств. При составлении композиционного материала непосредственно перед использованием рекомендуется применять резиновую крошку и минеральное волокно следующих размеров 1-3 мм и не более 5 мм соответственно. Водорастворимый полимер выполняет функции понизителя фильтрации и повышает седиментационную устойчивость тампонажного раствора. Хлорид кальция в данном случае нейтрализует возможность снижения прочностных свойств цементного камня при обработке полимером.
Составы и свойства дисперсно-армированных тампонажных растворов приведены соответственно в таблицах 1 и 2.
Увеличение содержания в растворе минерального волокна свыше 4 % и резиновой крошки более 6 % приводит к росту консистенции раствора (табл.2), что, в свою очередь, приводит к необходимости увеличения водосмесевого отношения, которое сопровождается снижением прочности цементного камня. При этом наибольшее влияние на показатель консистенции оказывает содержание минерального волокна. Гранулярный наполнитель (резиновая крошка) влияет на показатель консистенции в меньшей степени, однако необходимо учитывать, что прочность цементного камня зависит от дисперсности наполнителя, то есть применение крупнодисперсной резиновой крошки приводит к резкому снижению прочностных свойств.
Нижний предел концентрации наполнителей ограничен снижением армирующих и демпфирующих свойств, а также плотностью тампонажной жидкости.
Содержание соли поливалентного металла зависит от конкретных горно-технических условий и ее состава. Применение водорастворимых полимеров, как правило, снижает прочность цементного камня, поэтому их содержание в тампонажной жидкости ограничено узкими пределами концентраций, достаточными для стабилизации системы, но не вызывающими резкого снижения механической прочности камня.
Тампонажные растворы готовят следующим образом. Полимерный реагент и хлорид кальция растворяют в воде, затем добавляют наполнители и портландцемент. В производственных условиях при приготовлении необходимо использовать усреднительную емкость.
| Таблица 1 | ||||||
| Номер раствора | Портландцемент | Минеральное волокно (размер не более 5 мм) | Резиновая крошка (размер 1-3 мм) | Хлорид кальция | Оксиэтилированная целлюлоза | |
| Асбест | Базальтовое волокно | |||||
| 1 | 2 | 3 | - | 5 | 6 | 7 |
| 1 | 100 | 3 | - | 5 | 0,3 | 0,15 |
| 2 | 100 | 3 | - | 6 | 0,3 | 0,15 |
| 3 | 100 | 3 | - | 7 | 0.3 | 0,15 |
| 4 | 100 | 4 | - | 5 | 0.3 | 0,15 |
| 5 | 100 | 4 | - | 6 | 0.3 | 0.15 |
| 6 | 100 | 4 | - | 7 | 0.3 | 0,15 |
| 7 | 100 | 5 | - | 4 | 0.3 | 0,15 |
| 8 | 100 | 5 | - | 6 | 0.3 | 0,15 |
| 9 | 100 | 5 | - | 8 | 0.3 | 0,15 |
| 10 | 100 | - | 3 | 5 | 0,3 | 0,15 |
| 11 | 100 | - | 3 | 6 | 0,3 | 0,15 |
| 12 | 100 | - | 3 | 7 | 0.3 | 0,15 |
| 13 | 100 | - | 4 | 5 | 0.3 | 0,15 |
| 14 | 100 | - | 4 | 6 | 0.3 | 0,15 |
| 15 | 100 | - | 4 | 7 | 0.3 | 0,15 |
| 16 | 100 | - | 5 | 4 | 0.3 | 0,15 |
| 17 | 100 | - | 5 | 6 | 0.3 | 0,15 |
| 18 | 100 | - | 5 | 8 | 0.3 | 0,15 |
Предложенный состав тампонажного раствора эффективно использовать в интервалах залегания проницаемых пород для ликвидации поглощений и ремонтного цементирования.
| Таблица 2 | |||||||
| Номер раствора | Температура, °С | Водосмесевое отношение | Растекаемость, см | Плотность кг/м3 | Водоотделение, мл | Прочность на изгиб, МП | Время загустевания час-мин |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 1 | 40 | 0,6 | 19,5 | 1690 | 0,0 | 3,60 | 2-45 |
| 2 | 40 | 0,6 | 19,0 | 1670 | 0,0 | 3,60 | 2-50 |
| 3 | 40 | 0,6 | 18,5 | 1650 | 0,0 | 3,53 | 2-55 |
| 4 | 40 | 0,65 | 18,5 | 1600 | 0,0 | 3,52 | 2-52 |
| 5 | 40 | 0,65 | 18,0 | 1600 | 0,0 | 3,48 | 3-05 |
| 6 | 40 | 0,65 | 17,8 | 1590 | 0,0 | 3,45 | 3-15 |
| 7 | 40 | 0,8 | 18,0 | 1500 | 0,0 | 1.45 | 3-55 |
| 8 | 40 | 0,8 | 15,5 | 1500 | 0,0 | 1,35 | 4-40 |
| 9 | 40 | 0,8 | 14,0 | 1500 | 0,0 | 1,15 | 5-05 |
| 10 | 40 | 0,6 | 21,0 | 1690 | 0.0 | 3,40 | 2-56 |
| 11 | 40 | 0,6 | 20,8 | 1670 | 0,0 | 3,38 | 3-01 |
| 12 | 40 | 0,6 | 20,0 | 1650 | 0,0 | 3,30 | 3-10 |
| 13 | 40 | 0,65 | 20,2 | 1600 | 0,0 | 3,12 | 3-08 |
| 14 | 40 | 0,65 | 19,6 | 1600 | 0,0 | 3,04 | 3-15 |
| 15 | 40 | 0,65 | 19,0 | 1590 | 0,0 | 2,98 | 3-22 |
| 16 | 40 | 0,8 | 19,2 | 1500 | 0,0 | 1,25 | 4-05 |
| 17 | 40 | 0,8 | 16,8 | 1500 | 0,0 | 1,12 | 5-03 |
| 18 | 40 | 0,8 | 15,2 | 1500 | 0,0 | 1,04 | 5-16 |
Источники информации
1. А.с. СССР № 1470933, МКИ 4 Е 21 В 33/138, 07.04.89.
2. А.с. СССР № 1099049, МКИ 3 Е 21 В 33/138, 23.06.87.
Дисперсно-армированный тампонажный раствор, включающий тампонажный портландцемент, минеральное волокно, соль поливалентного металла, водорастворимый полимер и воду, отличающийся тем, что в качестве минерального волокна он содержит асбестовое или базальтовое волокно размером не более 5 мм, в качестве соли поливалентного металла хлористый кальций, в качестве водорастворимого полимера- оксиэтилированную целлюлозу и дополнительно резиновую крошку размером 1-3 мм при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Портландцемент тампонажный | 100 |
| Указанное минеральное волокно | 3-4 |
| Оксиэтилированная целлюлоза | 0,1-0,2 |
| Хлористый кальций | 0,3-0,4 |
| Указанная резиновая крошка | 5-7 |
