Тампонажный состав для цементирования обсадных колонн и способ его приготовления
Владельцы патента RU 2356930:
Институт химии нефти Сибирского отделения Российской Академии наук (RU)
Изобретение относится к бурению скважин и может быть использовано в нефтегазовой промышленности и горном деле, в частности, при цементировании обсадных колонн при необходимости обеспечения предельно низких значений флюидопроницаемости тампонирующего материала за эксплуатационной колонной. Технический результат изобретения состоит в создании эффективного состава для заполнения заколонного пространства скважины, обеспечивающего получение из стандартного тампонажного раствора низкопроницаемого цементного камня с высокой механической прочностью, а также упрощение способа приготовления такого состава. Тампонажный состав для цементирования обсадных колонн, включающий портландцемент, жидкость затворения - раствор структурообразующей композиции (СК) состава, мас.%: метилцеллюлоза 1-2; карбамид 5-20; вода - остальное, при отношении жидкости затворения - раствора разбавленной в 7-20 раз водой СК указанного состава к цементу, равном 0,5. Способ приготовления тампонажного состава, характеризующийся тем, что получение СК осуществляют поэтапно: на первом этапе к метилцеллюлозе и карбамиду добавляют пресную воду с температурой 60-90°С, перемешивают, затем в полученную суспензию добавляют пресную воду с температурой 0-20°С и перемешивают до образования однородного раствора, цемент затворяют указанной жидкостью затворения. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к бурению скважин и может быть использовано в нефтегазовой промышленности и горном деле, в частности, при цементировании обсадных колонн при необходимости обеспечения предельно низких значений флюидопроницаемости тампонирующего материала за эксплуатационной колонной. Известны тампонажные составы для цементирования с введением в тампонирующий материал различных добавок, в том числе водорастворимых эфиров целлюлозы для снижения водоотдачи раствора, для улучшения реологических свойств; повышения седиментационной устойчивости: оксиэтилированную целлюлозу (Пат. РФ №2281309), КМЦ и сернокислый аммоний (Пат. РФ №2078908), гидроксиэтилцеллюлозу (Пат. РФ №2136843). Недостатком этих составов является низкая технологическая эффективность их приготовления и использования.
Наиболее близким по технической сущности является состав для цементирования обсадных колонн, содержащий смесь, мас.%: поливинилового спирта 90-96, пеногасителя 1-3, карбамида 2-8 и портландцемента, и воду и способ приготовления этого состава, в котором 10 г полученной смеси растворяют в 500 см3 воды и полученным раствором затворяют 1000 г портландцемента (SU 1670099, 15.08.1991, 3 с.). Недостатком этого состава является недостаточно низкая проницаемость цементного камня, сложность приготовления тампонажного раствора в промысловых условиях.
Задачей настоящего изобретения является создание эффективного состава для заполнения заколонного пространства скважины, обеспечивающего получение из стандартного тампонажного раствора низкопроницаемого цементного камня с высокой механической прочностью, а также упрощение способа приготовления такого состава.
Технический результат достигается за счет использования в тампонажном составе, в качестве жидкости затворения цемента, раствора структурообразующей композиции (СК), разбавленной водой в 7-20 раз, обеспечивающей повышение ранней прочности цементного камня в широком диапазоне температур. Предварительно заготовленная структурообразующая композиция включает простой эфир целлюлозы (метилцеллюлоза) 1-2 мас.%, карбамид 5-20 мас.% и воду - остальное. Кратность разбавления зависит от требований, предъявляемых к тампонажному раствору и цементному камню из него (см. таблицу). Для приготовления 1000 г структурообразующей композиции, предназначенной для пластовой температуры 90°С и содержащей 1 мас.% метилцеллюлозы, 5 мас.% карбамида и 94 мас.% пресной воды, необходимо к 10 г метилцеллюлозы и 50 г карбамида добавить горячую пресную воду с температурой 60-90°С в количестве 400 г и тщательно перемешать. В полученную суспензию добавляют 540 г пресной холодной воды с температурой 0-20°С и затем перемешивают до образования однородного раствора.
Под действием температуры водорастворимый полимер - метилцелюлоза образует структуру в тампонажном растворе.
Анализ свойств приготовленных тампонажных растворов и полученных из них балочек цементного камня осуществлялся на стандартном оборудовании по стандартной методике. Сроки начала загустевания и схватывания тампонажных растворов определялись на консистометре «Чендлер». Все цементы затворялись при соотношении РСК/цемент, равном 0,5.
Примеры лабораторного выполнения
1. Готовят структурообразующую композицию (СК), содержащую, мас.%: метилцеллюлоза 1,5; карбамид 7,5; вода 91, причем сначала к метилцеллюлозе и карбамиду добавляют горячую пресную воду в количестве 40 мас.% при температуре 75°С и перемешивают. В полученную суспензию добавляют холодную пресную воду в оставшемся количестве - 51 мас.% при температуре 10°С. Затем полученную СК разбавляют в 20 раз водой и полученным раствором затворяют цемент при соотношении раствор СК/портландцемент, равном 0,5. Цемент - портландцемент ПЦТ-Д20-50 ГОСТ 1581-96 («Сухоложскцемент»). Свойства полученного тампонажного раствора и камня из него приведены в таблице.
2. Готовят структурообразующую композицию (СК), содержащую, масс.%: метилцеллюлоза 1; карбамид 20; вода 79, причем сначала к метилцеллюлозе и карбамиду добавляют горячую пресную воду в количестве 60 мас.% при температуре 65°С и перемешивают. В полученную суспензию добавляют холодную пресную воду в оставшемся количестве - 19 мас.% при температуре 15°С. Затем полученную СК разбавляют в 7 раз водой и полученным раствором затворяют цемент при соотношении раствор СК/цемент, равном 0,5. Цемент - портландцемент ПЦТ-Д20-50 ГОСТ 1581-96 («Сухоложскцемент»). Свойства полученного тампонажного раствора и камня из него приведены в таблице.
3. Готовят структурообразующую композицию (СК), содержащую, мас.%: метилцеллюлоза 2; карбамид 5; вода 93, причем сначала к метилцеллюлозе и карбамиду добавляют горячую пресную воду в количестве 43 мас.% при температуре 80°С и перемешивают. В полученную суспензию добавляют холодную пресную воду в оставшемся количестве - 50 мас.% при температуре 1°С. Затем полученную СК разбавляют в 20 раз водой и полученным раствором затворяют цемент при соотношении раствор СК/цемент, равном 0,5. Цемент - портландцемент ПЦТ-Д20-50 ГОСТ 1581-96 («Сухоложскцемент»). Свойства полученного тампонажного раствора и камня из него приведены в таблице.
4. Готовят структурообразующую композицию (СК), содержащую, мас.%: метилцеллюлоза 1,8; карбамид 10,2; вода 88, причем сначала к метилцеллюлозе и карбамиду добавляют горячую пресную воду в количестве 48 мас.% при температуре 85°С и перемешивают. В полученную суспензию добавляют холодную пресную воду в оставшемся количестве - 40 мас.% при температуре 0°С. Затем полученную СК разбавляют в 20 раз водой и полученным раствором затворяют цемент при соотношении раствор СК/цемент, равном 0,5. Цемент - портландцемент ПЦТ-Д20-50 ГОСТ 1581-96 («Сухоложскцемент»). Свойства полученного тампонажного раствора и камня из него приведены в таблице.
Таким образом, предлагаемое изобретение значительно отличается от существующих тампонажных смесей и составов очень низкой проницаемостью и достаточно высокой механической прочностью образующегося после твердения камня, а также упрощается способ приготовления тампонажного раствора.
| Таблица 1 | ||||||||
| Физические свойства тампонажного состава и цементного камня из него | ||||||||
| № | Марка цемента | Кратность разбавления, раз | Плотность цементного раствора, кг/м3 | Растекаемость, см | Сроки (час, мин) | Прочность на изгиб, МПа | Газопроницаемость, мД | |
| Начало загустевания | Начало схватывания | |||||||
| 1 | ПЦТ-Д20-50 | 20 | 1830 | 25 | 1 ч 30 м | 1 ч 43 м | 6,58 | 0,98-2,80 |
| 2 | ПЦТ-Д20-50 | 7 | 1750 | 23 | 1 ч 45 м | 2 ч 08 м | 5,59 | |
| 3 | ПЦТ-Д20-100 | 20 | 1850 | 24 | 1 ч 38 м | 1 ч 55 м | 6,55 | 1,02-2,78 |
| 4 | ПЦТ-Д20-100 | 7 | 1760 | 23 | 1 ч 45 м | 2 ч 08 м | 5,47 |
1. Тампонажный состав для цементирования обсадных колонн, включающий портландцемент, жидкость затворения - раствор структурообразующей композиции СК, содержащий карбамид, в воде, отличающийся тем, что СК дополнительно содержит метилцеллюлозу и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| метилцеллюлоза | 1-2 |
| карбамид | 5-20 |
| вода | остальное, |
при отношении жидкости затворения - раствора разбавленной в 7-20 раз водой СК указанного состава к цементу, равном 0,5.
2. Способ приготовления тампонажного состава по п.1, характеризующийся тем, что получение СК осуществляют поэтапно: на первом этапе к метилцеллюлозе и карбамиду добавляют пресную воду с температурой 60-90°С, перемешивают, затем в полученную суспензию добавляют пресную воду с температурой 0-20°С и перемешивают до образования однородного раствора, цемент затворяют указанной жидкостью затворения.
