Тампонажный раствор

Тампонажный раствор

Реферат

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