Тампонажный раствор
Изобретение относится к тампонажным растворам, используемым при цементировании обсадных колонн газовых, газоконденсатных или нефтяных скважин в зоне продуктивного пласта при умеренных температурах. Технический результат - получение тампонажного раствора с пониженной водоотдачей в забойных условиях при одновременном повышении прочности сцепления цементного камня с обсадной колонной. Тампонажный раствор содержит, мас.%: портландцемент тампонажный 64,41-66,24, сульфацелл 0,13-0,40, микрокремнезем МК-85 0,33-1,99, вода 33,20-33,30. 1 табл.
Изобретение относится к тампонажным растворам, используемым при цементировании обсадных колонн газовых, газоконденсатных или нефтяных скважин при умеренных температурах в зоне продуктивного пласта.
Известен тампонажный раствор, содержащий тампонажный портландцемент, отход производства кремния, хлористый кальций и воду /авт. св. №1832149, МПК Е21В 33/138, опубл.07.08.93, бюл.№29/.
Недостатком известного тампонажного раствора является повышенная водоотдача и невысокая прочность сцепления камня с колонной.
Наиболее близким к предлагаемому по составу и назначению является тампонажный раствор, содержащий портландцемент, суперпластификатор С-3, водорастворимую гидроксиэтилцеллюлозу - сульфацелл и воду /Патент №213643, МПК Е21В 33/138, опубл. 09.10.1999 г./.
Недостатком данного раствора является высокая водоотдача тампонажного раствора в забойных условиях при повышенной плотности и низкой растекаемости, недостаточная прочность сцепления камня с металлом обсадных труб.
Повышенная плотность в совокупности с низкой растекаемостью может вызвать поглощение тампонажного раствора в процессе цементирования и недоподъем цементного раствора до проектной отметки. Высокие значения показателя водоотдачи в забойных условиях могут привести к значительному отфильтрованию жидкости затворения и преждевременному загустеванию тампонажного раствора и также к недоподъему цементного раствора.
При создании изобретения решалась задача повышения качества крепления обсадных колонн в интервале проницаемых нефтегазонасыщенных пластов.
Техническим результатом изобретения является разработка тампонажного раствора нормальной плотности с пониженной водоотдачей в забойных условиях при одновременном повышении прочности сцепления цементного камня с обсадной колонной.
Решение поставленной задачи достигается тем, что тампонажный раствор, включающий тампонажный портландцемент, сульфацелл и воду, в отличие от прототипа дополнительно содержит микрокремнезем МК-85 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Портландцемент тампонажный | 64,41-66,24 |
| Сульфацелл | 0,13-0,40 |
| Микрокремнезем МК-85 | 0,33-1,99 |
| Вода | 33,20-33,30 |
В экспериментах использован микрокремнезем МК-85 Челябинского электрометаллургического завода по ТУ 5743-048-02495332-96, который представляет собой ультрадисперсный материал, состоящий из частиц сферической формы (диаметром 0,25 мкм и менее), получаемый в процессе газоочистки печей при производстве кремнийсодержащих сплавов. Основным компонентом материала является диоксид кремния аморфной модификации. Микрокремнезем в присутствии влаги вступает во взаимодействие с цементом с образованием гидросиликата кальция, отличающегося более развитой пространственной структурой. Некомпенсированные заряды высокодисперсного микрокремнезема образуют связи с водорастворимым полимером сульфацелл.
Сульфацелл - реагент, понижающий седиментацию и водоотдачу. Благодаря неионному характеру сульфацелл обладает широким спектром совместимости с другими компонентами, выпускается по ТУ 2231-013-32957739-01 ЗАО «Полицелл» г.Владимир.
Взаимное влияние компонентов друг на друга, их синергетическое действие в данном составе позволяет улучшить физико-механические свойства тампонажного раствора: понизить водоотдачу в забойных условиях при нормальной плотности и повысить прочность сцепления цементного камня с обсадной колонной.
В представленных экспериментах использовали портландцемент тампонажный ПЦТ 1-100 по ГОСТ 1581-96 ОАО «Сухоложскцемент», сульфацелл по ТУ 2231-013-32957739-01 ЗАО «Полицелл» г.Владимир, микрокремнезем МК-85 по ТУ 5743-048-02495332-96, воду питьевую ГОСТ 2874-82.
Определение основных свойств тампонажного раствора и камня проводили при температуре 75±3°С в соответствии ГОСТ 26798.1-96 «Цементы тампонажные. Методы испытаний». Плотность тампонажного раствора определяли пикнометром, растекаемость - по конусу АзНИИ, предел прочности камня на изгиб - на испытательной машине МИИ-100, прочность на сжатие и сцепление с металлом - на гидравлическом прессе П-10.
Водоотдачу раствора определяли на тестере М 7120 фирмы «Chandler Engineering» по СТО Газпром РД 2.1-156-2005 при температуре 75°С и перепаде давления 4,0 МПа.
Время загустевания раствора определяли на консистометре КЦ-3 при температуре 75°С и давлении 45 МПа по ГОСТ 26798.1-96.
Тампонажный раствор готовили следующим образом. Готовили сухую смесь портландцемента тампонажного и микрокремнезема МК-85 в заданных соотношениях. Необходимое количество сульфацелла растворяли в воде. Затем на полученном растворе затворяли сухую смесь в смесителе лопастном СЛ-1.
Раствор прототипа также приготовлен в лабораторных условиях, и замерены его параметры - плотность, водоотдача при умеренных температурах, время загустевания, прочность сцепления, отсутствующие в описании прототипа.
Пример. Для приготовления 1 кг тампонажного раствора (таблица, состав 2) необходимо взять 500 г воды и растворить 0,4 г сульфацелла, затем приготовить сухую тампонажную смесь из 980 г портландцемента тампонажного и 20 г микрокремнезема МК-85. Состав перемешивают три минуты, после чего определяют плотность, растекаемость. Раствор заливают в стакан консистометра КЦ-3, в собранный цилиндр тестера М 7120 и в формы для определения прочности камня на изгиб, сжатие и сцепление. Образцы до времени испытания хранят в термостате при температуре 75°С.
Приготовленный состав имеет плотность 1,82 г/см3, растекаемость 235 мм, время загустевания до 30 Bc - 202 мин, водоотдача за 30 мин - 429,6 см3, прочность сцепления - 1,8 МПа.
Примеры приготовления и испытания остальных составов, приведенных в таблице, аналогичны вышеописанному.
Для выявления отличительных признаков и положительного эффекта изменяли массовые соотношения компонентов.
Как видно из таблицы, заявляемый тампонажный раствор обладает пониженной водоотдачей в условиях умеренных температур (заявляемый 429,6 см3, а прототип 1071,2 см3), нормальной плотностью (заявляемый 1,82 г/см3, прототип 1,89 г/см3). Прочность сцепления камня с металлом 1,7 МПа (состав 2), а прототипа 0,6 МПа.
Добавка микрокремнезема МК-85 в количестве 0,4 мас.% (состав 8) приводит к уменьшению водоотдачи (160,1 см3) и высокой прочности сцепления (1,8 МПа), но при этом раствор обладает невысокой растекаемостью (180 мм) и временем загустевания 105 мин - время недостаточное для процесса цементирования. Минимальное количество микрокремнезема МК-85 (состав 7) не позволяет приготовить состав с пониженной водоотдачей (водоотдача 542,8 см3).
Предлагаемый тампонажный раствор позволяет повысить качество крепления скважин за счет увеличения прочности сцепления цементного камня с металлом обсадных труб, снижения водоотдачи в условиях повышенных температур при нормальной плотности тампонажного раствора.
| Таблица | |||||||||||
| Физико-механические свойства тампонажных растворов с добавками микрокремнезема МК-85 и сульфацелла при температуре испытания 75°С | |||||||||||
| № п/п | Состав раствора, мас.% | Плотность, г/см3 | Растекаемость, мм | Время загустевания до 30 Bc, мин | Водоотдача, см3 за 30 мин | Прочность, МПа, 2 сут | |||||
| цемент | МК-85 | сульфацелл | вода | изгиб | сжатие | сцепление | |||||
| 1 | 66,24 | 0,33 | 0,13 | 33,30 | 1,82 | 245 | 281 | 481,2 | 6,0 | 22,5 | 1,9 |
| 2 | 65,16 | 1,33 | 0,27 | 33,24 | 1,82 | 235 | 202 | 429,6 | 5,8 | 23,6 | 1,7 |
| 3 | 64,50 | 1,99 | 0,27 | 33,24 | 1,82 | 233 | 182 | 442,4 | 5,7 | 20,4 | 1,8 |
| 4 | 64,41 | 1,99 | 0,40 | 33,20 | 1,81 | 225 | 210 | 204,7 | 5,6 | 22,5 | 1,8 |
| Запредельные значения | |||||||||||
| 7 | 66,50 | 0,10 | 0,13 | 33,27 | 1,82 | 250 | 300 | 542,8 | 6,0 | 23,0 | 1,6 |
| 8 | 62,42 | 3,98 | 0,4 | 33,20 | 1,83 | 180 | 105 | 160,1 | 4,3 | 12,4 | 1,8 |
| Прототип | |||||||||||
| 68,35 | С-3 0,21 | 0,42 | 31,02 | 1,89 | 180 | 120 | 1071,2 | 6,2 | 21,4 | 0,6 |
Тампонажный раствор, включающий тампонажный портландцемент, сульфацелл и воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит микрокремнезем МК-85 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| тампонажный портландцемент | 64,41-66,24 |
| сульфацелл | 0,13-0,40 |
| микрокремнезем МК-85 | 0,33-1,99 |
| вода | 33,20-33,30 |
