Тампонажный раствор

Тампонажный раствор

Реферат

Изобретение относится к тампонажным растворам, предназначенным для цементирования скважин в нефтяной и газовой промышленности.

Известен тампонажный раствор, содержащий тампонажный портландцемент, конденсированную сульфитспиртовую барду (КССБ) в количестве от 0,1 до 0,7% к массе портландцемента и воду при водоцементном отношении от 0,5 до 0,4 (Данюшевский B.C. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам. - М.: Недра, 1987, с.53.).

Тампонажный раствор не обеспечивает необходимых сроков схватывания и прочности цементного камня.

Наиболее близким к предлагаемому составу по назначению и совокупности существенных признаков является тампонажный раствор, содержащий портландцемент, воду и нитритнатриясодержащую добавку -жидкость плотностью 1183 кг/м³, с концентрацией следующих реагентов, мас.%:

нитрит натрия	- 15,2...22,3
нитрат натрия	- 0,69...1,96
сульфат натрия	- 4,76
хлорид натрия	- 0,08...8,25
карбонат натрия	- 0,40...1,57

При следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.:

цемент	- 100
указанная добавка	- 20...30
вода	- 20...30

Недостатками известного тампонажного раствора являются его низкая пластичность (растекаемость) и короткое время схватывания, что приводит к существенному ухудшению прокачиваемости цементного раствора, нарушению сплошности цементного камня в кольцевом пространстве и как результат снижению качества крепления скважин.

Задачей изобретения является повышение качества крепления скважин за счет использования пластичного цементного раствора с регулируемым временем схватывания, обеспечивающим высокие прочностные и адгезионные свойства цементного камня.

Для решения указанной задачи тампонажный раствор, включающий портландцемент, воду и добавку, в качестве указанной добавки содержит кубовый продукт производства гексила при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.:

портландцемент	- 100
указанная добавка	20...40
вода	- 10...30

Кубовый продукт колонны №302 при производстве гексила, выпускаемого ОАО "Салаватнефтеоргсинтез", имеет следующий состав, мас.%:

сульфат натрия (Na2SO4)	- 20,0...26,0
нитрат натрия (NaNO3)	- 4,1...5,2
нитрит натрия (NaNO2)	- 1,5...1,8
гидроксид натрия (NaOH)	- 0,9...1,2
гексил	- 0,2...0,5
вода	остальное

Достигаемый при осуществлении изобретения технический результат состоит в том, что введение кубового продукта производства гексила, являющегося многофункциональной добавкой к цементу, позволяет одновременно повышать пластичность (растекаемость) цементного раствора, сокращать время его схватывания, а также повышать прочностные и адгезионные свойства цементного камня. Повышение пластичности обусловлено присутствием в кубовом продукте производства гексила азотсодержащего органического соединения - гексила. Сокращение сроков схватывания происходит за счет взаимодействия сульфата натрия с гидроксидом кальция цементного раствора с образованием нерастворимого сульфата кальция - инициатора зародышеобразования кристаллической фазы цементного раствора:

Na₂SO₄+Са(ОН)₂=CaSO₄↓+NaOH

Присутствие нитрита натрия в кубовом продукте колонны №302 способствует увеличению прочностных и адгезионных свойств цементного камня.

Исследования показали, что кубовый продукт производства гексила целесообразно применять в количестве 20-40 мас.ч. к цементу. Меньшее количество (менее 20 мас.ч.) его в цементе не оказывает существенного влияния на время схватывания цементного раствора, а также прочностные и адгезионные характеристики цементного камня. Увеличение количества кубового продукта производства гексила в цементе (свыше 40 мас. ч.) существенно ускоряет время начала схватывания цементного раствора - до 1 ч, что является не приемлемым для проведения ремонтно-изоляционных и ремонтно-восстановительных работ в нефтяных и газовых скважинах.

Сравнение заявляемого тампонажного раствора с прототипом показывает, что предлагаемый состав обладает новой совокупностью реагентов и их количественным соотношением. Поэтому заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна".

Для проведения лабораторных исследований использовали портландцемент по ГОСТ 1581-91. Приготовление тампонажных растворов и определение их основных технологических параметров: растекаемость, время схватывания проводили согласно ГОСТ 26798.1-85; прочность цементного камня измерялась по ГОСТ 26798.2-85. Пластифицирующий эффект от предлагаемого тампонажного раствора оценивали по сравнению с бездобавочным цементным раствором (ПЭ₁ или прототипом (ПЭ₂) по формуле

Д₁ - растекаемость предлагаемого тампонажного раствора;

Д₂ - растекаемость бездобавочного тампонажного раствора (или прототипа) при одинаковом водоцементном отношении.

Цементный тампонажный состав готовился следующим образом. Кубовый продукт производства гексила смешивали с пресной водой и полученной смесью затворяли цемент. Для испытания было приготовлено несколько предлагаемых составов с различными соотношениями ингредиентов. Все измерения проводились при температуре 22±2°С.

В таблице приведены примеры приготовления тампонажных растворов и их показатели, здесь же для сравнения представлены характеристики состава по прототипу.

Как видно из таблицы, с увеличением количества кубового продукта производства гексила с 20 до 40 мас.ч в жидкости затворения увеличивается растекаемость цементного раствора, при этом пластифицирующий эффект предлагаемого раствора по сравнению с прототипом возрастает на 28-39%, а по сравнению с бездобавочным цементом - на 15-25%. Время начала схватывания изменяется в интервале 5-2 ч. Прочностные характеристики цементного камня остаются на высоком уровне. Оптимальные характеристики цементного раствора и цементного камня достигаются при добавлении кубового продукта производства гексила в количестве 30 мас.ч. к цементу. При этом предлагаемый тампонажный состав по сравнению с прототипом является высокопластичным (ПЭ₂ составляет 33%), обладает оптимальным временем начала схватывания цементного раствора (3 ч), обеспечивает высокую прочность на изгиб/сжатие цементного камня (соответственно 5,2 и 14,1 МПа), а так же высокую адгезию его к породе, металлу и "старому" цементному камню (1,31; 1,55; 1,28 МПа).

Таким образом, применение предлагаемого цементного раствора в нефтегазодобывающей промышленности позволяет повысить качество цементирования и долговечность крепи скважины.

Свойства цементного раствора и камня по предлагаемому и известному тампонажным составам
Тампонажный раствор, мас. ч.		Время схватывания, ч-мин	Прочность цементного камня через 2 сут., МПа	Адгезия цементного камня через 2 сут., МПа	ПЭ1 %	ПЭ2, %
№№п/п	портландцемент ПЦТ 1-50	вода пресная	кубовый продукт производства гексила	начало	конец	на изгиб	на сжатие	к породе	к металлу	к цементу
1	100	30	20	23,0	5-00	7-00	4,9	13,5	1,03	1,15	1,15	15	28
2	100	25	25	24,0	4-30	6-00	5,2	14,3	1,20	1,22	1,23	20	33
3	100	20	30	24,0	3-00	5-00	5,2	14,1	1,31	1,55	1,28	20	33
4	100	10	40	25,0	2-00	3-00	5,0	13,4	1,25	1,43	1,16	25	39
5	Прототип	18,0	1-15	2-30	5,2	15,8	1,00	1,40	0,90	отсутствует
6	100	50	0	20,0	7-00	9-00	2,7	9,7	0,90	0,80	0,62
ПЭ1 - пластифицирующий эффект по отношению к бездобавочному цементу
ПЭ2 - пластифицирующий эффект по отношению к прототипу

Тампонажный раствор, включающий портландцемент, воду и добавку, отличающийся тем, что в качестве указанной добавки он содержит кубовый продукт производства гексила, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Портландцемент	100
Кубовый продукт производства гексила	20-40
Вода	10-30