Тампонажный состав

Изобретение относится к области крепления нефтяных и газовых скважин. Технический результат - снижение проницаемости цементного камня и повышение его прочности в ранние сроки твердения при низких положительных температурах. Тампонажный состав включает портландцемент и жидкость затворения, содержащую воду, метилцеллюлозу, меламиноформальдегидную смолу, хлористый кальций и кремнегель, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: портландцемент 64,39-64,97, метилцеллюлоза 0,16-0,27, меламиноформальдегидная смола 0,16-0,27, хлористый кальций 1,05-5,24, кремнегель 3,5-5,24, вода - остальное. 1 табл.

 

Изобретение относится к области крепления нефтяных и газовых скважин и обеспечивает снижение газопроницаемости цементного камня при одновременном увеличении прочности на ранней стадии твердения.

Применение седиментационно-устойчивых, быстротвердеющих тампонажных растворов с образованием низкопроницаемого прочного цементного камня особенно необходимо при установке цементных мостов, для крепления низа промежуточных колонн, с целью предотвращения разрушения цементного кольца и сохранения его герметичности при продолжительных механических воздействиях.

В литературе [Ашрафъян М.О., Бартова А.В. «Опыт применения высокопрочных тампонажных составов на месторождениях ОАО «Юганскнефтегаз» // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - 1998. - №11. - С25-27] известен рецепт тампонажного состава с низкой водоотдачей, твердеющего с образованием прочного, безусадочного камня. В качестве стабилизатора тампонажного раствора авторы используют «Сульфацел-С» - водорастворимую сульфатцеллюлозу, а в качестве пластификатора - суперпластификатор С-3.

Недостатком указанного решения является то, что данная рецептура приемлема для цементирования скважин с температурой выше 50°С, так как предложенный понизитель водоотдачи является сильным замедлителем сроков схватывания тампонажных растворов.

Наиболее близким к заявленному решению является тампонажный состав [Ашрафьян М.О., Ризванов Н.М., Шахмаев З.М. и др. // А.С. 1411439, Е21В 33/138], содержащий портландцемент, меламиноформальдегидную смолу, метилцеллюлозу, хлористый кальций и воду.

Недостатком данного решения является значительная проницаемость цементного камня, что приводит к газопроявлениям и флюидоперетокам на ранней стадии эксплуатации скважин.

Техническим решением задачи является снижение проницаемости цементного камня и повышение его прочности в ранние сроки твердения при низких положительных температурах.

Поставленная задача достигается тем, что тампонажный состав на основе портландцемента и жидкости затворения, включающей воду, метилцеллюлозу, меламиноформальдегидную смолу и хлористый кальций, согласно изобретению дополнительно содержит кремнегель при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Портландцемент	64,39-64,97
Метилцеллюлоза	0,16-0,27
Меламиноформальдегидная
смола	0,16-0,27
Хлористый кальций	1,05-1,75
Кремнегель	3,50-5,24
Вода	Остальное

Новизна заявляемого технического решения заключается в том, что мелкодисперсный кремнегель кольматирует поровое пространство формирующейся структуры цементного камня, предупреждает образование фильтратопроводящих каналов и ускоряет процесс структурообразования, что обеспечивает получение низкопроницаемого прочного цементного камня.

При цементировании низкотемпературных скважин особенно необходимы тампонажные составы с малыми сроками твердения, образующие в период ОЗЦ (ожидаемое время затвердевания цемента) безусадочный прочный камень с низкой проницаемостью.

Тампонажиый раствор готовят путем смешивания портландцемента для нормальных температур с жидкостью затворения, содержащей метилцеллюлозу, меломиноформальдегидную смолу, хлористый кальций и кремнегель, так как кремнегель является новым признаком, то в примерах приведены его оптимальное и запредельное содержание, а остальные ингредиенты имеют постоянные оптимальные значения.

Пример 1. Готовят жидкость затворения путем последовательного растворения в 90 см³ (29,23%) воды 0,82 г (0,27%) метилцеллюлозы; 0,82 г (0,27%) меламиноформальдегидной смолы; 5,4 г (1,75%) хлористого кальция; 10,8 г (3,51%) кремнегеля и полученную жидкость затворения смешивают с 200 г (64,96%) портландцемента. После тщательного перемешивания с помощью высокооборотной электромешалки определяют технологические параметры раствора. Прочность камня и его газопроницаемость определяют после 2-суточного твердения в питьевой воде при 20±2°С. Растекаемость полученного тампонажного раствора 21 см, время начала схватывания 2 ч 35 мин, конец схватывания - 4 ч 40 мин. Прочность камня в 2-суточном возрасте на изгиб - 4,17 МПа, на сжатие - 9,45 МПа, а проницаемость камня составляет 0,215 мД.

Пример 2. Готовят жидкость затворения путем последовательного растворения в 90 см³ (28,98%) воды 0,51 г метилцеллюлозы (0,16%); 0,51 г меламиноформальдегидной смолы (0,16%); 3,25 г (1,05%) хлористого кальция, 16,3 г (5,24%) кремнегеля и полученную жидкость смешивают с 200 г (64,39%) портландцемента и после перемешивания определяют растекаемость (19 см), сроки схватывании - начало 2 ч 10 мин, конец схватывания 4 ч - 15 мин, прочность σ_изг 5,38; σ_сж 13,27 МПа, проницаемость 0,147 мД.

Пример 3. Готовят жидкость затворения путем последовательного растворения в 90 см³ (29,16%) питьевой воды 0,73 г (0,23%) метилцеллюлозы; 0,73 г (0,23%) меламиноформальдегидной смолы; 4,2 г (1,36%) хлористого кальция; 12,8 г (4,15%) кремнегеля и полученную жидкость смешивают с 200 г (64,80%) портландцемента. Полученный раствор и камень на его основе имеет следующие параметры: растекаемость - 21 см, начало схватывания - 2 ч 20 мин; конец схватывания - 4 ч 45 мин, σ_изг4,40 МПа, σ_сж 12,23 МПа, проницаемость - 0,193 мД.

Запредельные соотношения.

Пример 4. Аналогичным образом растворяют в 90 см³ питьевой воды (29,41%) 0,82 г (0,27%) метилцеллюлозы, 0,82 г (0,27%) меламиноформальдегидной смолы, 5,4 г (1,76%) хлористого кальция и 9 г (2,94%) кремнегеля. Полученный раствор смешивают с 200 г (65,35%) портландцемента, тщательно перемешивают и определяют технологические параметры раствора и камня на его основе. Растекаемость - 22 см, начало схватывания 4 ч 30 мин; конец схватывания - 6 ч 45 мин, σ_изг2,8 МПа; σ_сж 7,20 МПа, проницаемость 0,315 мД.

Пример 5. В 90 см³ питьевой воды (28,64%) растворяют 0,85 г метилцеллюлозы (0,27%); 0,85 г меламиноформальдегидной смолы (0,27%); 5,53 г хлористого кальция (1,76%); 17 г (5,41%) кремнегеля и полученную жидкость смешивают с 200 г (63,64%) портландцемента и определяют параметры раствора и камня. Оказалось, что при таком массовом содержании кремнегеля в цементном растворе растекаемость его всего 17 см, а время загустения 40 мин. Такой раствор считается нетехнологичным и прочностные характеристики камня на основе такого раствора не определяли.

Таким образом, из приведенных данных и данных таблицы следует, что разработанный тампонажный состав для цементирования скважин в условиях низких положительных температур является новым, обладает по сравнению с известными составами ускоренным твердением и его прочность в 2-суточном возрасте в 1,4 раза больше, чем у прототипа, а проницаемость в 2 раза меньше.

Состав тампонажного раствора	Растекаемость, см	Сроки охватывания, ч-мин.	Прочность цементного камня через 2 сут, МПа	Проницаемость камня через 2 сут, мД
Портланд цемент	Меламино-формальдегидная смола	Хлористый кальции	Метил-целлюлоза	Кремнегель	Вода	начало	конец	изгиб	сжатие
68,95	-	-	-	-	31,04	19	7-40	9-35	1,75	4,35	0,350
67,75		1,75			30,50	20	5-20	7-15	2,64	6,87	0,326
64,97	0,27	1,75	0,27	3,51	29,23	21	2-35	4-40	4,17	9,45	0,215
64,39	0,16	1,05	0,16	5,24	28,98	19	2-10	4-15	5,38	13,27	0,147
64,82	0,23	1,36	0,23	4,15	29,21	21	2-20	4-45	4,70	12,23	0,1930
Запредельные значения
65,27	0,27	1,75	0,27	2,94	29,5	22	4-30	6-45	2,80	7,20	0,315
63,64	0,27	1,76	0,27	5,4	28,6	17	Не определяли из-за большой вязкости
Прототип
67,70	0,27	1,75	0,27	-	29,01	21	2-30	5-15	2,83	1 5-78	0,287

Тампонажный состав на основе портландцемента и жидкости затворения, включающей воду, метилцеллюлозу, меламиноформальдегидную смолу и хлористый кальций, отличающийся тем, что жидкость затворения дополнительно содержит кремнегель при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Портландцемент	64,39-64,97
Метилцеллюлоза	0,16-0,27
Меламиноформальдегидная смола	0,16-0,27
Хлористый кальций	1,05-5,24
Кремнегель	3,5-5,24
Вода	Остальное