Облегченный тампонажный раствор

Облегченный тампонажный раствор

Реферат

Изобретение относится к тампонажным растворам, используемым при цементировании обсадных колонн газовых, газоконденсатных или нефтяных скважин, осложненных наличием слабосвязанных, склонных к гидроразрыву пород, а также наличием в разрезе нефтегазонасыщенных и водогазонасыщенных пластов с различными давлениями.

Известна облегченная тампонажная смесь, включающая тампонажный цемент, продукт флотации золы-уноса и воду /авт.св. №1573141, Е21В 33/138, опубл. 23.06.90, бюл №23/.

Недостатком известной смеси является низкая растекаемость раствора, которая находится в пределах 19-20 см, что приводит к быстрому структурированию раствора, снижению противодавления на продуктивные пласты и опасности проникновения пластовых флюидов в ствол скважины и вышележащие проницаемые пласты. Увеличение периода раннего структурирования облегченной тампонажной смеси за счет увеличения водосмесевого отношения или ввода пластифицирующих добавок отрицательно сказывается на стабильности раствора, так как резко увеличивается водоотделение и раствор обладает низкой седиментационной устойчивостью, которые также способствуют возникновению межпластовых перетоков и нефтегазопроявлений в период ожидания затвердевания цемента.

Наиболее близким по составу и назначению является облегченный тампонажный раствор, содержащий портландцемент тампонажный, облегчающую добавку - алюмоси-ликатные полые микросферы, глинопорошок и воду /Патент №2151267, МПК Е21В 33/138 от 20.06.2000 г./.

Недостатком данного раствора является повышенное водоотделение, недостаточная седиментационная устойчивость и невысокие прочностные характеристики цементного камня при цементировании наклонно направленных или субгоризонтальных участков скважины.

При создании изобретения решалась задача повышения качества разобщения пластов за счет предотвращения возникновения заколонных и межколонных газопроявлений в наклонно направленных и субгоризонтальных скважинах.

Техническим результатом изобретения является разработка облегченного тампонажного раствора с высокой седиментационной устойчивостью и повышенной прочностью цементного камня.

Решение поставленной задачи достигается тем, что облегченный тампонажный раствор, включающий тампонажный портландцемент, облегчающую добавку - алюмосиликатные полые микросферы и воду, в отличие от известного дополнительно содержит монасил, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцемент тампонажный	48,8-51,8
Алюмосиликатные полые микросферы	5,8-9,1
Монасил	0,6-1,2
Вода	39,4-41,2

В экспериментах использован монасил с силикатным модулем 2,94 производства ООО «Витахим» по ТУ 2145-001-75105538-2005, который представляет собой гранулированный порошок белого цвета, полностью растворимый в воде. Основным компонентом монасила является модернизированный натриевый силикат. Положительным свойством монасила в составе тампонажного раствора является его способность в процессе растворения реагировать с продуктами гидратации портландцемента и диссоциированными в щелочной среде с поверхности алюмосиликатных полых микросфер катионами с образованием высокодисперсных гидросиликатов различного состава. Заполняя поровое пространство между частицами вяжущего и микросфер, продукты реакции монасила, цемента и алюмосиликатных полых микросфер позволяют получать высокостабильную систему тампонажного раствора и улучшать его суффозионную стойкость. Образование этих соединений также обуславливает уплотнение структуры камня и увеличение его прочности.

В представленных экспериментах использовали портландцемент тампонажный ПЦТ 1-100 по ГОСТ 1581-96 ОАО «Сухоложскцемент», алюмосиликатные полые микросферы по ТУ 5712-001-49558624-2003, монасил по ТУ 2145-001-75105538-2005, воду питьевую ГОСТ 2874-82.

Определение основных свойств облегченного тампонажного раствора и камня проводили при температуре 75±3°С в соответствии ГОСТ 26798.1-96 «Цементы тампонажные. Методы испытаний». Плотность облегченного тампонажного раствора определяли пикнометром, растекаемость - по конусу АзНИИ, седиментационную устойчивость определяли по водоотделению цементного раствора в четырех цилиндрах объемом 250 мл (РД 39-00147001-767-2000 «Инструкция по креплению нефтяных и газовых скважин», М.: 2000, с.26-27). Предел прочности камня на изгиб - на испытательной машине МИИ-100, прочность на сжатие и сцепление с металлом - на гидравлическом прессе П-10.

Облегченный тампонажный раствор готовили следующим образом. Сухую смесь портландцемента тампонажного, алюмосиликатных полых микросфер и монасила в заданных соотношениях затворяли отмеренным количеством воды в смесителе лабораторном СЛ-1. После этого раствор дополнительно перемешивался в лабораторной мешалке (n=150±20 об/мин) в течение 40 мин для полного растворения монасила и придания раствору седиментационной устойчивости. После этого замерялись параметры раствора и свойства сформированного камня.

Раствор прототипа также приготовлен в лабораторных условиях и замерены его параметры.

Пример. Для приготовления 1 кг облегченного тампонажного раствора (таблица, состав 2) необходимо взять 650 г воды, затем приготовить сухую смесь из 830 г тампонажного портландцемента, 20 г монасила и 150 г алюмосиликатных полых микросфер. Состав перемешивают три минуты, затем раствор дополнительно перемешивают в течение 40 мин и определяют плотность, растекаемость. Раствор заливают в четыре цилиндра на 250 мл с вертикальным, горизонтальным, под углом 45° и 60° расположением для определения водоотделения. Раствор заливают в формы для определения прочности камня на изгиб, сжатие и сцепление. Образцы до времени испытания выдерживают в термостате при температуре 75°С.

Приготовленный состав имеет плотность 1,46 г/см³, растекаемость 218 мм, водоотделение 0,0 мл во всех четырех цилиндрах, раствор однородный, седиментационно устойчивый, стабильный (водяные пояса и водяные каналы отсутствует). Прочность на изгиб 2,7 МПа, прочность на сжатие 8,5 МПа, прочность сцепления 2,1 МПа.

Примеры приготовления и испытания остальных составов, приведенных в таблице, аналогичны вышеописанному.

Для выявления отличительных признаков и положительного эффекта изменяли массовые соотношения ингредиентов.

Как видно из таблицы, заявляемый облегченный тампонажный раствор с оптимальным/соотношением компонентов обладает лучшими свойствами, чем прототип, а именно характеризуется отсутствием водоотделения во всех четырех цилиндрах и седиментационной устойчивостью раствора. Сформированный цементный камень имеет прочность на 35% выше (2,7 МПа), чем у прототипа (2,0 МПа). Раствор прототипа седиментационно неустойчивый и характеризуется повышенным водоотделением: в вертикальном цилиндре 2,0 мл; в цилиндре под углом 45° 5,0 мл и образование водяных каналов; в цилиндре под углом 60° 2,2 мл и небольшой водяной пояс; в горизонтальном цилиндре 5,0 мл.

Увеличение концентрации монасила в смеси до 3% (таблица, состав 6) приводит к загустеванию раствора (показатель растекаемости 160 мм) и не оказывает существенного влияния на прочностные характеристики тампонажного камня. Минимальное количество монасила (состав 5) не позволяет приготовить седиментационно устойчивый раствор.

Таким образом, из тампонажного портландцемента, алюмосиликатных полых микросфер и монасила могут быть приготовлены облегченные тампонажные растворы с приемлемыми технологическими характеристиками, которые могут применяться для цементирования наклонно направленных и субгоризонтальных участков скважин.

Таблица
Технологические свойства облегченных тампонажных растворов с добавкой монасила
№ п/п	Состав раствора, мас.%	Плотность, г/см3	Растекаемость, мм	Водоотделение, мл	Прочность, МПа, 2 сут
цемент	монасил	АСМ	вода	вертикал.	под углом 45°	под углом 60°	горизонт.	изгиб	сжатие	сцепление
1	50,9	0,6	9,1	39,4	1,47	285	0,0	0,0	0,0	0,0	3,1	10,1	1,7
2	50,3	1,2	9,1	39,4	1,46	218	0,0	0,0	0,0	0,0	2,7	8,5	2,1
3	48,8	1,2	8,8	41,2	1,44	242	0,0	0,0	0,0	0,0	2,6	8,8	1,3
4	51,8	1,2	5,8	41,2	1,51	260	0,0	0,0	0,0	0,0	2,8	9,0	1,4
Запредельные значения
5	52,8	0,3	9,4	37,5	1,47	280	0,0	0,2	0,2	0,0	3,3	13,2	1,9
6	42,0	3,0	5,0	50,0	1,52	160	0,0	0,0	0,0	0,0	2,8	10,4	1,6
Прототип
	53,12	1,5 глиноп.	9,38	36,0	1,50	220	2,0	5,0	2,2	5,0	2,0	6,5	0,8

Облегченный тампонажный раствор, включающий тампонажный портландцемент, облегчающую добавку - алюмосиликатные полые микросферы и воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит Монасил при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцемент тампонажный	48,8-51,8
Алюмосиликатные полые микросферы	5,8-9,1
Монасил	0,6-1,2
Вода	39,4-41,2