Расширяющийся тампонажный материал

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к тампонажным материалам для цементирования нефтяных и газовых скважин, в частности для установки цементных мостов при консервации и ликвидации скважин в сложных геолого-технических условиях при наличии многолетнемерзлых пород, требующих повышенной надежности разобщения ствола скважин. Технический результат - повышение прочности и адгезии цементного камня к колонне, улучшение герметизирующей и изолирующей способности при установке цементного моста, устойчивое расширение и требуемая степень растекаемости. Расширяющийся тампонажный материал, включающий портландцемент, гипс, добавку - гидрокарбоалюмосиликатный материал, дополнительно содержит пластификатор С-3 и понизитель водоотдачи, при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 86-95, гипс 2-7 гидрокарбоалюмосиликатный материал 2-7, пластификатор С-3 0,1-0,2 понизитель водоотдачи 0,2-0,4. Тампонажный материал в качестве понизителя водоотдачи может содержать сульфацелл, или карбоксиметилцеллюлозу, или комплексный реагент ПС. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к тампонажным материалам для цементирования нефтяных и газовых скважин, в частности для установки цементных мостов при консервации и ликвидации скважин в сложных геолого-технических условиях при наличии многолетнемерзлых пород, требующих повышенной надежности разобщения ствола скважин.

Известен расширяющийся тампонажный материал, содержащий портландцемент, гипс [Пат. 2013523, Е21В 43/138, 1994].

Недостатком этого материала является то, что образующийся цементный камень не создает плотный контакт с колонной, то есть не решает задачу надежной герметизации затрубного или трубного пространства, вследствие чего в процессе эксплуатации, консервации или ликвидации могут иметь место межпластовые или межколонные перетоки.

Известен тампонажный материал, содержащий, мас%: расширяющуюся добавку 2-15, гипс 7-9, ускоритель твердения 2-8, пластификатор - 0,3-0,8, облегчающую добавку 3-10 и портландцемент - остальное /Пат 2235857 РФ, МПК 7 Е21В 33/138, опубл. 2004.09.10/. В качестве расширяющейся добавки известный тампонажный материал содержит одну добавку из группы: глиноземистый, сульфоалюминатный цемент, алюминатсодержащие отходы-шлаки, а в качестве пластификатора - смесь триэтаноламина и кремнеземсодержащей добавки многофункционального действия - КМХ, включающую суперпластификатор С-3.

Известен расширяющийся тампонажный материал, содержащий, мас.%, портландцемент - 86-96, гипс - 2-7 и добавку - гидрокарбоалюмосиликатный материал - 2-7 /Пат. 2111341, МПК6 Е21В 33/138, опубл. 20.05.1998/.

Недостатком этого материала является ухудшение основных физико-механических свойств при внесении гипса и добавки более 4 мас.% получаются нетекучие тампонажные растворы с растекаемостью менее 180 мм, что не позволяет их использование при установке цементных мостов в процессе консервации и ликвидации скважин.

Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, состоит в повышении качества цементирования и изоляционной надежности ствола при установке цементного моста за счет увеличения прочности сцепления тампонажного материала с колонной, что предотвращает перетоки в месте контакта колонны с цементным мостом во время эксплуатации, консервации и ликвидации скважин.

Технический результат, который получается в результате осуществления изобретения, состоит в повышении прочности и адгезионной способности цементного камня с колонной, в улучшении герметизирующей и изолирующей способности при установке цементного моста, в обеспечении устойчивого расширения и требуемой растекаемости.

Технический результат достигается тем, что расширяющийся тампонажный материал содержит портландцемент, гипс, добавку - гидрокарбоалюмосиликатный материал и дополнительно в качестве регуляторов технологических свойств пластификатор С-3 и понизитель водоотдачи, при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент - 86-95; гипс - 2-7; гидрокарбоалюмосиликатный материал - 2-7; пластификатор С-3 - 0,1-0,2, понизитель водоотдачи - 0,2-0,4. Расширяющийся тампонажный материал в качестве понизителя водоотдачи может содержать сульфацелл, карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), комплексный реагент ПС.

Введение пластификатора С-3 придает тампонажному раствору новые свойства, повышающие степень растекаемости, что является обязательным и необходимым условием при установке цементных мостов в процессе консервации и ликвидации скважин.

Для реализации заявляемого изобретения были приготовлены: состав известного материала и составы материала согласно изобретению с граничным и средним содержанием компонентов, а также с их содержанием выше верхнего и ниже нижнего пределов. Приготовление образцов осуществлялось путем затворения гомогенизированной смеси портландцемента, гипса, добавки и пластификатора с растворением в воде или 4% растворе хлористого кальция. Перемешивание осуществлялось в лабораторной мешалке в течение 3 минут. Регулятор технологических свойств - понизитель водоотдачи вводится на стадии приготовления раствора. Плотность, растекаемость, сроки схватывания, прочность при изгибе и прочность сцепления определены по общепринятым методикам по ГОСТ 26798.0-85-26798.2-85, а степень расширения - с помощью прибора системы ГОИ (государственный оптический институт).

Результаты испытаний приведены в таблице.

Введение гидрокарбоалюминатной добавки (ГКА) и гипса в состав тампонажных растворов обеспечивает образование дополнительного количества гидросулюфоалюмината кальция, который и обеспечивает расширение твердеющей смеси.

При добавке этих компонентов более 4 мас.% получаются нетекучие растворы с растекаемостью менее 180 мм. Для увеличения растекаемости такого раствора необходим ввод пластификатора, в качестве которого используют суперпластификатор С-3 (разжижитель), на основе натриевой соли продукта конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом ТУ-6-36-0204229-625-90 в качестве понизителя водоотдачи используют сульфацелл - водорастворимую гидроксиэтицеллюлозу (ТУ 6-55-22-1210-91), карбоксиметилцеллюлозу, комплексный реагент ПС на основе эфиров целлюлозы (ТУ 6-55-221-1399-95).

Наибольший расширяющийся эффект был получен при содержании в тампонажном материале гипса и гидрокарбоалюминатной добавки от 2 до 7 мас.%, пластификатора - 0,1-0,2 мас.%, понизителя водоотдачи - 0,2-0,4 мас.%, тампонажного портландцемента 86-95 мас.% при водосмесевом соотношении 0,5-0,6.

На основании анализа результатов расширяющегося тампонажного материала оптимальная добавка пластификатора 0,1-0,2 мас.%, при которой достигается хорошая растекаемость тампонажного раствора при сохранении высокой степени его расширения и высокая степень уплотнения цементного камня.

Использование предлагаемого тампонажного материала позволяет решить проблему повышения герметичности ствола скважин при установке цементных мостов за счет долговечности, расширения в заданных пределах и повышенной растекаемости для заполнения фильтрационных каналов и трещин в затвердевающем камне.

Заявляемый расширяющийся тампонажный материал не образует токсичных соединений, пожаровзрывобезопасен.

Таблица Результаты лабораторных исследований линейного расширения тампонажных растворов с добавками ГКА, гипса, пластификатора и понизителя водоотдачи
№ пп	Состав раствора, мас.%	Водосотношение	Плотность, кг/м3	Растекаемость, мм	Сроки схватывания, ч-мин	Предел прочности на изгиб (через 2 суток), МПа	Линейное расширение (через количество суток), %
начало	конец				1		7	14
	Портланд цемент	гипс	ГКА	пласти фикатор С3	понизитель водоотдачи
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
		При температуре 20°С
	прототип
1	96,0	2,0	2,0			0,5	1810	205	7-20	7-50	2,9	0,11	0,27
	заявляемый
2	95,0	2,5	2,0	0,1	0,4	0,5	1730	180	8-50	10-20	1,5	0,11	0,40	0,48
3	94,6	2,0	3,0	0,2	0,2	05	1810	215	8-30	8-50	2,9	0,12	0,29	0,29
4	95,0	2,6	2,0	0,1	0,3	0,5	1810	220	3-40	4-10	3,2	0,12	0,19	0,21
5	90,0	4,7	5,0	0,1	0,2	0,6	1730	190	9-55	11-30	1,3	0.12	0,42	0,50
6	88,3	7	4,2	0,2	0,3	0,6	1730	190	10-50	11-30	1,3	0,12	0,42	0,50
7	86,0	6,4	7,0	0,2	0,4	0,6	1730	210	11-00	12-20	1,2	0,14	0,45	0,52
Понизитель водоотдачи: пример 2, 3, 4, - сульфацелл, пример 5-КМЦ, Пример 6,7 - реагент ПС

1. Расширяющийся тампонажный материал, включающий портландцемент, гипс, добавку - гидрокарбоалюмосиликатный материал, отличающийся тем, что дополнительно содержит пластификатор С-3 и понизитель водоотдачи, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

портландцемент	86-95
гипс	2-7
гидрокарбоалюмосиликатный материал	2-7
пластификатор С-3	0,1-0,2
понизитель водоотдачи	0,2-0,4

2. Тампонажный материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве понизителя водоотдачи содержит сульфацелл или карбоксиметилцеллюлозу, или комплексный реагент ПС.