Способ приготовления дисперсно-армированного тампонажного материала
Владельцы патента RU 2396300:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" (RU)
Изобретение относится к нефтегазовой отрасли, а именно к способам получения материалов, применяемых при креплении нефтяных и газовых скважин. Способ получения дисперсно-армированного тампонажного материала, содержащего минеральное вяжущее, воду затворения и волокнистую модифицирующую добавку, смешиваемую с минеральным вяжущим в сухом виде, причем каждое волокно модифицирующей добавки свернуто в клубок, разворачивающийся при смешении тампонажного материала с жидкостью затворения. Технический результат - обеспечение равномерности состава получаемого тампонажного раствора, предотвращение забивания волокнистой модифицирующей добавкой отверстия узлов приготовления у цементировочных агрегатов.
Изобретение относится к нефтегазовой отрасли, конкретно к способам получения материалов, применяемых при креплении нефтяных и газовых скважин.
Для крепления нефтяных и газовых скважин в качестве вяжущего наиболее эффективным материалом является тампонажный портландцемент, образующий при смешении с водой тампонажный раствор, который закачивается в скважину и после твердения превращается в цементный камень.
Для получения тампонажных материалов вяжущие вещества модифицируют с целью придания им специальных свойств. В частности, используют облегчающие или утяжеляющие добавки и т.д. (см. Данюшевский B.C. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам. - 2-е издание, М.: Недра, 1987, с.106-107, 122-123).
Наиболее существенным недостатком цемента как тампонажного материала является его низкая трещиностойкость, приводящая к нарушению целостности крепи скважин при работах внутри обсадной колонны. При этом возможно появление межколонных давлений, межпластовых перетоков и других осложнений.
Для повышения трещиностойкости материалов известно применение композитных тампонажных материалов, получаемых, в частности, применением добавок, имеющих волокнистое строение (см. Данюшевский B.C. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам. - 2-е издание, М.: Недра, 1987, с.194-195).
Дисперсная структура приводит к тому, что произвольно ориентированные по всему объему композита отрезки волокон при достаточной равномерности распределения и определенном количестве более эффективно воспринимают и перераспределяют часть нагрузки практически любого направления.
При получении дисперсно-армированных тампонажных материалов в качестве армирующих добавок используют волокна трех типов: искусственные (нейлон, полипропилен, полиэтилен и др.), минеральные (шлаковые, кварцевые, асбестовые, базальтовые и др.), а также органические (хлопок и др.) (Патент РФ 2281309, С09К 8/467, «Дисперсно-армированный тампонажный материал», 2337124, С09К 8/467, «Базовая основа тампонажного раствора для цементирования скважин», Патент РФ 2270327, Е21В 33/13, «Способ изоляции зон катастрофических поглощений бурового раствора при бурении нефтяных и газовых скважин»).
Известно также получение дисперсно-армированных тампонажных материалов добавкой асбеста 7 сорта (см. Данюшевский B.C. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам. - 2-е издание, М.: Недра, 1987, с.144-145).
Недостатками указанных тампонажных материалов являются низкая прочность волокон, плохая адгезия или канцерогенность.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому дисперсно-армированному тампонажному материалу является способ получения тампонажного материала, включающего минеральное вяжущее, воду затворения и волокнистую модифицирующую добавку, смешиваемую с минеральным вяжущим в сухом виде (Патент РФ 2191690, В28С 5/40, «Способ приготовления дисперсно-армированного строительного раствора»).
Недостатком указанного тампонажного материала является сложность его приготовления, возникающая из-за того, что волокнистая модифицирующая добавка забивает отверстия узлов приготовления у цементировочных агрегатов и не обеспечивает равномерность состава получаемого тампонажного раствора.
Технической задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков.
Указанная задача достигается тем, что в известном способе получения тампонажного материала, содержащем минеральное вяжущее, воду затворения и волокнистую модифицирующую добавку, смешиваемую с минеральным вяжущим в сухом виде, согласно изобретению каждое волокно модифицирующей добавки свернуто в клубок, разворачивающийся при смешении тампонажного материала с жидкостью затворения.
Сущность изобретения заключается в следующем. Волокнистая модифицирующая добавка подвергается специальной химической обработке или имеет химико-минералогический состав, обеспечивающий ее сворачивание в клубок в сухом виде. При смешении с жидкостью затворения под действием расклинивающего действия молекул воды силы адгезии, удерживающие волокнистую добавку в свернутом состоянии, ослабляются, и добавка, расправляясь, принимает форму нитей или волокон. Поскольку расправление нитей происходит уже после приготовления тампонажного раствора, в период его закачки и продавки, то волокна добавки не будут мешать процессу приготовления раствора. В процессе закачки цементного раствора добавка равномерно распределяется по объему раствора, обеспечивая его повышенную трещиностойкость и упругость.
В научно-технической литературе известно применение волокнистых армирующих добавок, приведенных в качестве аналогов и прототипа. Однако из научно-технической литературы не известно применение добавок, предварительно свернутых в клубок, разворачивающийся после затворения цементного раствора. Это свидетельствует о соответствии предлагаемого изобретения критерию «изобретательский уровень».
Пример реализации способа
1. Был приготовлен тампонажный материал, состоящий из портландцемента с добавкой 1,0% наполнителя, представленного волокнами из кордного наполнителя длиной 5-15 мм. Из тампонажного материала готовился раствор с В/Ц=0,5. Раствор имел растекаемость 17 см, и при его приготовлении наблюдалось комкование частиц цемента и волокон, которые налипали на лопасти мешалки. Сухой цемент не проходил через целевую воронку шириной 5,0 мм из-за образования комочков, забивающих воронку.
2. Волокна наполнителя предварительно были свернуты в клубки и закреплены связующим составом, в качестве которого был использован водный раствор силиката натрия, который после высушивания наполнителя закрепил свернутые волокна. После этого был приготовлен раствор из тампонажного портландцемента и 1% добавки, затворенный на воде с В/Ц=0,5. Портландцемент и добавка смешивались в сухом виде. При смешении портландцемента и добавки получилась однородная смесь с равномерным распределением добавки по цементу. Сухая тампонажная смесь легко проходила через щелевую воронку. Через некоторое время (в течение 1,5-2,0 часа) волокна расправились, хаотично распределились по объему цементного раствора.
Указанный пример реализации способа показывает на соответствие предлагаемого изобретения критерию «промышленная применимость».
Способ получения дисперсно-армированного тампонажного материала, содержащего минеральное вяжущее, воду затворения и волокнистую модифицирующую добавку, смешиваемую с минеральным вяжущим в сухом виде, отличающийся тем, что каждое волокно модифицирующей добавки свернуто в клубок, разворачивающийся при смешении тампонажного материала с жидкостью затворения.
