Тампонажный состав
Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано, в частности, при строительстве скважин в части крепления и проведении ремонтно-изоляционных работ, а также в промышленности строительных материалов при производстве бетонов, строительных растворов. В тампонажный состав, содержащий цемент, пластификатор, в состав которого входят натриевые соли органических кислот - адипинаты натрия, и воду, добавляют стабилизатор, в качестве которого используют водорастворимый полимер, а в качестве пластификатора - реагент РДН-У при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: цемент - 52,46-76,92, РДН-У в перерасчете на адипинаты натрия - 0,066-0,41, водорастворимый полимер - 0,05-1, вода - остальное. Технический результат - улучшение реологических характеристик вяжущих растворов и механических свойств камня, повышение эффективности проведения ремонтно-изоляционных работ, улучшение крепи скважины и увеличение сроков эксплуатации в коррозионно-активной, агрессивной среде. 3 табл.
Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано, в частности, при строительстве скважин в части ее крепления и проведении ремонтно-изоляционных работ, а также в промышленности строительных материалов при производстве бетонов, строительных растворов.
Известны тампонажные составы на основе портландцемента (ПЦТ) и различных добавок, в качестве которых могут быть использованы бентонит, асбестовые отходы, шлак, песок, вещества ускорители-замедлители сроков схватывания и др. (Бурение нефтяных и газовых скважин. Н.И.Шацов, Гостоптехиздат, 1961, стр.460-466).
Основными недостатками таких составов являются недостаточная подвижность, большое водотвердое отношение (0,6-0,7), низкая прочность, в связи с чем невозможность создания надежной крепи скважины и качественной изоляции.
Известен тампонажный состав, взятый авторами за прототип (АС №1167306), включающий добавку в воду затворения в качестве пластификатора продукта отхода азотной промышленности - щелочного стока производства капролактама (ЩСПК).
Недостатком данного состава является его низкая седиментационная устойчивость.
В зависимости от условия применения следует использовать тампонажные составы с пониженной водоотдачей цементного раствора и реологической характеристикой, обеспечивающей турбулентный режим прокачки цементного раствора. Наиболее перспективным методом изменения параметров вяжущих растворов считается введение различных добавок в цементный клинкер.
Технический результат изобретения - повышение эффективности состава за счет увеличения седиментационной устойчивости, низкой водоотдачи, высокой изолирующей способности и повышенной адгезии на контактах с колонной и горной породой.
Технический результат достигается тем, что в тампонажный состав, содержащий вяжущее, пластификатор, в состав которого входят натриевые соли органических кислот - адипаты натрия, и воду, добавляют стабилизатор, в качестве которого используют водорастворимые полимеры, а в качестве пластификатора - реагент РДН-У при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| Цемент | 52,46-76,92 |
| РДН-У в перерасчете на адипаты натрия | 0,066-0,41 |
| Водорастворимый полимер | 0,05-1 |
| Вода | Остальное |
Комплексная обработка раствора химически совместимыми пластификатором и стабилизатором придает данному вяжущему составу высокую степень подвижности и пластичности, а также непроницаемый, без усадки, коррозионно-целостный камень.
Предварительная оценка действия реагентов устанавливалась по данным седиментационного анализа.
Процесс седиментации интенсифицируется с ростом водотвердого отношения (ВТО) и увеличением плотности частиц твердой фазы. С ростом температуры и давления седиментационная устойчивость тампонажных суспензий повышается, так как ускоряется процесс гидратации. В настоящее время сформулированы основные принципы повышения седиментационной устойчивости тампонажных растворов, заключенные в уменьшении плотности твердой составляющей цементного раствора и увеличение плотности жидкости затворения (или воды), сокращении сроков схватывания, удовлетворяющих технологическим условиям проведения процесса, структурировании жидкости затворения.
Предварительная оценка воды затворения по данным седиментационного анализа позволяет целенаправленно выбирать реагенты для обработки тампонажного раствора, повышающие его стабильность, снижающие степень фильтрации и повышающие подвижность.
Данные седиментационного анализа при температурах 20 и 70°С приведены в таблице 1.
Из сопоставления данных заявляемого состава и прототипа видно, что преобладающий радиус частиц у заявляемого состава ниже в 3 раза, чем у прототипа, к тому же динамическая вязкость дисперсионной среды выше, что дает право предполагать о более высокой седиментационной устойчивости заявляемой суспензии, нежели у прототипа.
К тому же сопоставимый анализ реологических свойств тампонажных суспензий показывает, что заявляемый состав обладает низкой водоотдачей при высокой подвижности (см. таблицу 2).
Оценивая поверхностную активность реагентов, можно отметить наибольшую смачивающую способность и наивысшую капиллярную активность у комплексного состава, содержащего вяжущий материал, 0,41% натриевых солей органических кислот, 0,5% водорастворимого полимера ОЕС (оксиэтилцеллюлозы) и дистиллированную воду.
Сопоставление сроков схватывания загустевания, прочностных характеристик, приведенных в таблице 3, показывают наилучшие параметры у заявляемого состава.
Предлагаемый состав отличается от известного использованием стабилизаторов. В научно-технической и патентной литературе такой состав для достижения поставленной технической цели не встречается. Поэтому полагаем, что предлагаемое техническое решение соответствует критериям «изобретательский уровень» и «новизна».
| Таблица 1 Данные седиментационного анализа тампонажных материалов | ||||||||||
| № | Состав воды затворения вяжущего материала, мас.% | Температура проведения экспериментов - 20°С | Температура проведения экспериментов - 70°С. | Название состава | ||||||
| Динамическая вязкость, Па·с·10-3 | Преобладающий радиус, мкм при времени затворения, мин | Динамическая вязкость, Па·с·10-3 | Преобладающий радиус, мкм при времени затворения, мин | |||||||
| 3 | 15 | 30 | 3 | 15 | 30 | |||||
| 1 | дистиллированная вода | 1 | 6,9 | 7,85 | 9,3 | 0,998 | 7,4 | 8,35 | 11,0 | |
| 2 | 0,08% натриевых солей органических кислот в дистиллированной воде | 2,89 | 3,1 | 2,98 | 2,88 | 2,75 | 2,69 | 2,88 | 2,39 | прототип |
| 3 | 0,41% натриевых солей органических кислот в дистиллированной воде | 2,99 | 2,93 | 3,2 | 2,66 | 2,74 | 2,56 | 2,21 | 2,15 | прототип |
| 4 | 0,41% натриевых солей органических кислот 0,5% ОЕС дистиллированная вода 33,03% цемент 66,06% | 3,26 | 0,959 | 0,889 | 0,954 | 3,23 | 1,20 | 0,953 | 0,91 | заявляемый |
| Таблица 2 Параметры цементных суспензий ВЦО-0,5, ПЦТ-G-CCI | |||||
| № | Состав воды затворения вяжущего материала, мас.% | Плотность цементной суспензии, кг/м3 | Растекаемость, мм | Водоотдача, см3/30 мин | Название состава |
| 1 | дистиллированная вода | 1820 | 145 | 174 | |
| 2 | 0,08% натриевых солей органических кислот в дистиллированной воде | 1810 | 230 | 93 | прототип |
| 3 | 0,41% натриевых солей органических кислот в дистиллированной воде | 1805 | 250 | 79 | прототип |
| 4 | 0,41% натриевых солей органических кислот 0,5% ОЕС дистиллированная вода 33,03% цемент 66,06% | 1560 | 233 | 22 | заявляемый |
| Таблица 3 | |||||||
| Характеристика тампонажных материалов на основе ПЦТ-G-CCI, ВЦО-0,5 | |||||||
| № | Состав воды затворения вяжущего материала, мас.% | Время загустевания | Сроки схватывания, часы | Прочность, МПа | Название состава | ||
| начало | конец | изгиб | сжатие | ||||
| 1 | дистиллированная вода | 2 часа | 3 часа | 6 часов | 2,1 | 2,7 | |
| 2 | 0,08% натриевых солей органических кислот в дистиллированной воде | 4 часа | 9 часов | 10 часов | 2 | 3 | прототип |
| 3 | 0,11% натриевых солей органических кислот в дистиллированной воде | 5 часов | 9 часов | 10 часов | 1,8 | 2,9 | прототип |
| 4 | 0,41% натриевых солей органических кислот 0,5% ОЕС дистиллированная вода 33,03% цемент 66,06% | 6 часов | 9 часов | 11 часов | 1,8 | 4 | заявляемый |
Тампонажный состав, содержащий цемент, пластификатор, в состав которого входят натриевые соли органических кислот - адипинаты натрия, и воду, отличающийся тем, что добавляют стабилизатор, в качестве которого используют водорастворимый полимер, а в качестве пластификатора - реагент РДН-У при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| Цемент | 52,46-76,92 |
| РДН-У в перерасчете на адипинаты натрия | 0,066-0,41 |
| Водорастворимый полимер | 0,05-1 |
| Вода | Остальное |
