Тампонажный раствор
Владельцы патента RU 2315077:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" (RU)
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для ремонтно-изоляционных работ в нефтяных и газовых скважинах. Тампонажный раствор содержит портландцемент, воду и пластификатор - алкилбензилметиламин хлорид и поливинилпирролидон при следующем соотношении компонентов мас.%: портландцемент - 66, алкилбензилметиламин хлорид - 0,1-0,3, поливинилпирролидон - 0,2, вода - остальное. Технический результат - повышение изолирующей способности тампонажного раствора в продуктивной зоне скважины за счет увеличения времени набора пластической прочности, прочности на сжатие и изгиб, и адгезионных сил, снижение себестоимости. 1 табл.
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для ремонтно-изоляционных работ в нефтяных и газовых скважинах.
Известен тампонажный раствор (патент РФ №1681599, А1, 1999.04.20). Тампонажный раствор, содержащий шлакопесчаный цемент, полимерную добавку и воду, отличающийся тем, что, с целью понижения водоотдачи и замедления сроков схватывания при температуре 140-170°С при одновременном уменьшении расхода полимерной добавки, он в качестве добавки содержит привитой сополимер акриловой кислоты с поливиниловым спиртом при следующих соотношениях компонентов, мас.%: шлакопесчаный цемент - 68,2-70,4; привитой сополимер акриловой кислоты с поливиниловым спиртом - 0,6-0,8; вода - остальное. Недостатком указанного изобретения является недостаточное время набора пластической прочности, недостаточной прочности на сжатие и изгиб, низкая адгезия в агрессивных условиях, высокая себестоимость.
Известен тампонажный раствор (заявка РФ №94007861, А1, 1995.12.10). Тампонажный раствор, содержащий портландцемент, расширяющую добавку оксида кальция высокотемпературного обжига и воду, дополнительно содержит газовыделяющую добавку ПАП-1, неионогенное поверхностно-активное вещество (НПАВ), анионное поверхностно-активное вещество (АПАВ) и пластификатор при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: портландцемент 100; расширяющая добавка 4-8; газовыделяющая добавка 0,3-0,5; НПАВ 0,015-0,025; АПАВ 0,015-0,025; пластификатор 0,02-0,05; вода 50. Недостатком указанного изобретения является недостаточное время набора пластической прочности, недостаточной прочности на сжатие и изгиб, низкая адгезия в агрессивных условиях, высокая себестоимость.
Известен тампонажный раствор, принятый за прототип (патент на изобретение РФ №2255204 С1, 2005.06.27). Облегченный тампонажный раствор, включающий портландцемент, облегченную добавку, оксихлорид алюминия и воду, в качестве облегчающей добавки содержит добавку из группы: глина, трепел, диатомит, вермикулит, перлит, а в качестве оксихлорида алюминия, по крайней мере соединение из группы: гидрооксихлорид алюминия, пентаоксихлорид алюминия, тетраоксихлорид алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: портландцемент 100, указанная облегчающая добавка 5-10, указанный оксихлорид алюминия 0,05-1, вода - до получения водоцементного отношения 0,6-1,4. Тампонажный раствор для продуктивной зоны скважины, включающий портландцемент, оксихлорид алюминия и воду, содержит в качестве оксихлорида алюминия, по крайней мере одно соединение из группы: гидрооксихлорид алюминия, пентаоксихлорид алюминия, тетраоксихлорид алюминия и дополнительно понизитель водоотдачи и пеногаситель при следующем соотношении компонентов, мас.ч: портландцемент 100, указанный оксихлорид алюминия 0,05-4, понизитель водоотдачи 0,2-0,6, пеногаситель 0,02-0,06, вода - до получения водоцементного отношения 0,45-0,5, причем указанный тампонажный раствор может дополнительно содержать ускоритель и/или пластификатор в количествах 0,04-0,6 мас.ч. каждый. В способе цементирования скважин, включающем промывку буферным раствором с последующей закачкой тампонажного цементного раствора, после промывки буферным раствором осуществляют последовательную закачку «загущенной пачки» тампонажного раствора - силиката металла, указанного облегченного тампонажного раствора, а затем указанного тампонажного раствора для продуктивной зоны скважины (может дополнительно содержать ускоритель и/или пластификатор в количествах 0,04-0,6 мас.ч. каждого). Недостатком указанного изобретения является низкая изолирующая способность крепи в продуктивной зоне, недостаточное время набора пластической прочности, низкая прочность на сжатие и изгиб, низкая адгезия в агрессивных условиях, высокая себестоимость.
Техническим результатом изобретения является повышение изолирующей способности тампонажного раствора в продуктивной зоне скважины, за счет увеличения времени набора пластической прочности, прочности на сжатие и изгиб и адгезионных сил.
Технический результат достигается тем, что тампонажный раствор, содержащий портландцемент, пластификатор, воду, согласно изобретению содержит в качестве пластификатора алкилбензилметиламин хлорид и поливинилпирролидон, при следующем соотношении компонентов мас.%:
портландцемент - 66;
алкилбензилметиламин хлорид - 0,1-0,3;
поливинилпирролидон - 0,2;
вода - остальное.
Применение предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом позволяет увеличить время набора пластической прочности и за счет этого увеличить изоляционные характеристики крепи скважины во время вторичного вскрытия продуктивного пласта, а также повысить прочность тампонажного камня на сжатие и изгиб, адгезионные силы с металлом, низкая себестоимость.
При добавлении в тампонажную систему низкомолекулярного катионактивного полимера, наблюдается перераспределение поверхностного заряда у частиц цемента, что обеспечивает гидрофобизацию поверхности твердого тела. Данное явление увеличивает сроки схватывания и время набора пластической прочности цементного раствора, модифицирует структуру тампонажного камня, благодаря чему улучшаются его физико-механические характеристики.
Добавка в полимерный тампонажный раствор неионогенного высокомолекулярного полимера приводит к стабилизации системы. Уменьшается образование пены, дополнительно увеличиваются сроки схватывания и время набора пластической прочности. Увеличивается прочность тампонажного камня, а также сила сцепления с металлом.
Тампонажный раствор приготавливают следующим образом. В воду при постоянном перемешивании добавляют ингредиенты при следующем соотношении компонентов: катионактивный полимер - 0,1-0,3 мас.%, неионогенный полимер - 0,2 мас.%, портландцемент - 66 мас.%.
Далее приготовленный тампонажный раствор подают из цементировочного агрегата по линии монифольда и через осреднительную емкость в скважину. Необходимое количество катионактивного полимера в тампонажном растворе принимают исходя из имеющихся горно-геологических условий цементирования. В зону продуктивного пласта скважины полученный тампонажный раствор подается через цементировочную муфту и выдавливается по зазору между стенкой скважины и обсадной колонной.
При взаимодействии катионактивного и неионогенного полимеров обеспечивается однородность и стабилизация тампонажной системы. Причем катионактивный полимер добавляют в количестве 0,1-0,3 мас.% из условия обеспечения необходимой пластичности тампонажного раствора, а количество неионогенного полимера в интервале 0,2 мас.% принято из условия обеспечения наиболее максимальных прочностных показателей тампонажного камня, а также его пластичности (см. таблицу).
Тампонажные растворы для ремонтно-изоляционных работ
| №опыта | Реагенты и их наименование | Содержание компонентов | Свойства тампонажного раствора и камня | ||||
| В/Ц | Д, см | Сроки схватывания: начало-конец, мин | σизг, /МП а | σсж,МПа | |||
| 1 | Портландцемент | 100 | 0,5 | 19 | 180-190 | 7,3 | 18,5 |
| Метилцеллюлоза | 0,6 | ||||||
| ТБФ | 0,4 | ||||||
| Гидрооксихлорид | 4,0 | ||||||
| 2 | Пример 1 + | 0,6 | 0,5 | 21 | 195-235 | 6,4 | 15,4 |
| Пластификатор С-3 | |||||||
| 3 | Пример 1 + | 0,04 | 0,5 | 21 | 210-265 | 7,6 | 14,9 |
| Пластификатор НТФ | |||||||
| 4 | Портландцемент | 66 | 0,5 | 22 | 750-1345 | 8,8 | 18,6 |
| Вода | 33,7 | ||||||
| Алкилбензилметиламин хлорида (катамин) | 0,2 | ||||||
| Поливинилпироллидон (конкрепол) | 0,1 | ||||||
| 5 | Портландцемент | 66 | 0,5 | >25 | 765-1320 | 9,2 | 23,1 |
| Вода | 33,6 | ||||||
| Алкилбензилметиламин хлорида (катамин) | 0,3 | ||||||
| Поливинилпироллидон (конкрепол) | 0,1 | ||||||
| 6 | Портландцемент | 66 | 0,5 | >25 | 798-1580 | 10,6 | 25,2 |
| Вода | 33,6 | ||||||
| Алкилбензилметиламин хлорида (катамин) | 0,2 | ||||||
| Поливинилпироллидон (конкрепол) | 0,2 | ||||||
| 7 | Портландцемент | 66 | 0,5 | >25 | 790-1375 | 10,2 | 23,1 |
| Вода | 33,5 | ||||||
| Алкилбензилметиламин хлорида (катамин) | 0,3 | ||||||
| Поливинилпироллидон (конкрепол) | 0,2 | ||||||
| 8 | Портландцемент | 66 | 0,5 | 24 | 780-1320 | 8,6 | 17,2 |
| Вода | 33,5 | ||||||
| Алкилбензилметиламин хлорида (катамин) | 0,2 | ||||||
| Поливинилпироллидон (конкрепол) | 0,3 | ||||||
| 9 | Прототип | 0,5 | 20 | 180-240 | 7,6 | 17 |
Использование предлагаемого тампонажного раствора обеспечивает следующие преимущества:
- повышение времени набора пластической прочности;
- повышение прочности цементного камня на сжатие и изгиб;
- увеличение адгезионных сил с обсадной колонной;
- снижение его себестоимости.
Тампонажный раствор, содержащий портландцемент, пластификатор, воду, отличающийся тем, что он содержит в качестве пластификатора алкилбензилметиламинхлорид и поливинилпирролидон при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| портландцемент | - 66 |
| алкилбензилметиламинхлорид | - 0,1-0,3 |
| поливинилпирролидон | - 0,2 |
| вода | - остальное. |
