Высокопроникающий тампонажный раствор

Высокопроникающий тампонажный раствор

Реферат

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к ремонту и креплению скважин, и может быть использовано при ремонтно-изоляционных работах в скважинах, для изоляции посторонних вод и газопереточных каналов в цементном кольце за эксплуатационной колонной.

Известен облегченный тампонажный раствор [1 - аналог], включающий, мас.ч: портландцемент 100, глинопорошок до 2, оксиэтилцеллюлозу 0,8-0,9 и воду 80-100.

Недостатком известного тампонажного раствора является низкая проникающая способность в каналы и поры изолируемого пласта из-за низкой степени дисперсности гидравлического вяжущего.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является тампонажный раствор [2 - прототип], включающий мас.%: портландцемент тампонажный 64,41-66,24, сульфацелл 0,13-0,40, микрокремнезем МК-85 0,33-1,99 и воду 33,20-33,30.

Недостатком известного тампонажного раствора является также низкая проникающая способность в каналы и поры изолируемого пласта и высокая водоотдача. Высокие значения показателя водоотдачи в забойных условиях могут привести к значительному отфильтровыванию жидкости затворения и преждевременному загустеванию тампонажного раствора.

Указанные недостатки могут привести к проблемам при закачках состава в скважину и снижению эффективности его применения.

При создании изобретения решалась задача разработки высокопроникающего тампонажного раствора с высоким уровнем технологических качеств: ультранизкая водоотдача, низкие реологические характеристики, регулируемые сроки схватывания в широком диапазоне температур, высокая прочность цементного камня.

Технический результат - расширение номенклатуры высокотехнологичных тампонажных растворов с повышенной проникающей способностью и ультранизкой водоотдачей, предназначенных для ремонтно-изоляционных работ.

Решение поставленной задачи достигается тем, что тампонажный раствор, включающий вяжущее, понизитель фильтрации - гидроксиэтилцеллюлозу, микрокремнезем и воду, дополнительно содержит замедлитель схватывания «ЗС-ВМЦ», представляющий собой смесь органических серосодержащих веществ и минеральных добавок и кремний - органический пеногаситель, в качестве которого используется «Тесил 201» или «Полидефом», или «Basopur DF5», а в качестве вяжущего содержит цементную смесь БТРУО «Микро» с удельной поверхностью не менее 900,0 м²/кг, в качестве гидроксиэтилцеллюлозы - реагент «ПФ-ВМЦ», при следующем соотношении компонентов, мас.ч. на 100 мас.ч. микроцемента ЦС БТРУО «Микро»:

Понизитель фильтрации «ПФ-ВМЦ»	0,25-0,75
Замедлитель схватывания «ЗС-ВМЦ»	0,50-3,00
Микрокремнезем МК-85	0,00-10,0
Пеногаситель	0,10-0,30
Вода пресная	70,0-80,0

Для приготовления тампонажного раствора в экспериментах использовались следующие материалы и реагенты:

- Цементная смесь «ЦС БТРУО» марки «Микро» выпускается по ТУ 2458-066-54651030-2010, представляет собой смесь цементного клинкера и минеральных добавок, характеризующаяся удельной поверхностью не менее 900,0 м²/кг.

- Понизитель фильтрации «ПФ-ВМЦ» выпускается по ТУ 2458-085-54651030-2011, представляет собой низковязкую гидроксиэтилцеллюлозу, обеспечивающую ее 1%-му водному раствору вязкость не более 50 мПа·с.

- Замедлитель схватывания «ЗС-ВМЦ» выпускается по ТУ 2458-084-54651030-2011, представляет собой смесь органических серосодержащих веществ и минеральных добавок.

- Пеногаситель «Тесил-201» выпускается ООО «НПФ Техносилоксаны» по ТУ 2251-003-9894-2484-2007, представляет собой водную эмульсию кремнийорганических полимеров.

- Пеногаситель «Полидефом» выпускается ЗАО НПО «Полицелл» по ТУ 2637-023-97457491-2010, представляет собой водную эмульсию кремнийорганических полимеров.

- Пеногаситель «Basopur DF 5» поставляется концерном BASF, является алкоксилированным жирным спиртом.

- «Микрокремнезем конденсированный», выпускается по ТУ 5743-048-02495332-96, представляет собой ультрадисперсный порошкообразный материал, состоящий из частиц сферической формы, 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.

- Вода пресная.

Применяемый в тампонажном растворе комплексный замедлитель схватывания «ЗС-ВМЦ» позволяет регулировать сроки схватывания при забойных температурах до 110°С. Кроме того, «ЗС-ВМЦ» выполняет функцию пластификатора.

Ввод в состав тампонажного раствора вяжущего с высокой удельной поверхностью позволяет увеличить проникающую способность в каналы и поры из-за их более высокой степени дисперсности.

Ввод в состав тампонажного раствора микрокремнезема способствует снижению сульфатной коррозии цементного камня и повышению его прочности на сжатие.

Уменьшение содержания понизителя фильтрации «ПФ-ВМЦ», замедлителя схватывания «ЗС-ВМЦ», микрокремнезема, пеногасителя, ниже указанных значений, приводит к увеличению водоотдачи, к увеличению реологических показателей, быстрому загустеванию раствора, вспениванию.

Увеличение содержания понизителя фильтрации «ПФ-ВМЦ», замедлителя схватывания «ЗС-ВМЦ», микрокремнезема, пеногасителя выше указанных значений, также приводит к увеличению реологических показателей, уменьшению прочности цементного камня.

Ниже представлены примеры приготовления тампонажных составов в лабораторных условиях. В таблице 1 представлен компонентный состав исследуемых тампонажных растворов, а в таблице 2 их технологические параметры.

Определение основных свойств тампонажных растворов и камней проводили при температуре 75°С в соответствии с международным стандартом ISO 10426-2 (спецификация 10А API). Плотность тампонажного раствора определяли при помощи рычажных весов для буровых и тампонажных растворов FANN 140. Пластическую вязкость и динамическое напряжение сдвига определяли с помощью ротационного вискозиметра FANN 35SA при комнатной температуре. Водоотдачу раствора определяли на тестере Chandler Engineering M 7120 при температуре 75°С и перепаде давления 69 атм. Время загустевания раствора определяли на консистометре Chandler Engineering M 7222 при температуре 75°С и давлении 150 атм. Прочность на сжатие цементного камня определяли на ультразвуковом анализаторе прочности Chandler Engineering M 4262 при температуре 75°С и давлении 207 атм.

Тампонажные растворы готовили следущим образом. Если того требует рецептура, готовили сухую смесь микроцемента с микрокремнеземом в заданных соотношениях. Необходимое количество добавок - замедлителя схватывания «ЗС-ВМЦ», понизителя фильтрации «ПФ-ВМЦ», пеногасителя растворяли в воде. Затем на полученном водном растворе затворяли чистый микроцемент или сухую смесь в блендере Chandler Engineering М 3060.

Ниже приведен пример приготовления и испытания состава №4 из таблицы 1 в лабораторных условиях.

Пример. Для приготовления 2500 г высокопроникающего тампонажного раствора (количество раствора, достаточное для всех видов исследований, состав №4 в таблице 1) необходимо взять 1027,70 г воды (75 мас.ч. на 100 мас.ч. цемента) и растворить 23,98 г замедлителя схватывания «ЗС-ВМЦ» (1,75 мас.ч. на 100 мас.ч. цемента), затем в этой же воде растворить 6,85 г понизителя фильтрации «ПФ-ВМЦ» (0,5 мас.ч. на 100 мас.ч. цемента) и 2,74 г пеногасителя «Тесил-201» (0,2 мас.ч. на 100 мас.ч. цемента). Приготовить сухую тампонажную смесь из 1370,20 г микроцемента ЦС БТРУО «Микро» (100 мас.ч. цемента) и 68,50 г микрокремнезема (5 мас.ч. на 100 мас.ч. цемента). Состав (за 2 приема) затворяют 50 секунд на блендере Chandler Engineering M 3060. После чего определяют плотность. Реологические параметры определяются после вымешивания тампонажного раствора в атмосферном консистометре при комнатной температуре в течение 20 мин. Далее раствор заливают в стакан консистометра Chandler Engineering M 7222 и определяют время загустевания при температуре 75°С и давлении 150 атм. Для определения водоотдачи раствор заливают в собранный цилиндр тестера Chandler Engineering M 7120 и определяют водоотдачу при температуре 75°С и перепаде давления 69 атм. Для определения прочности раствор заливают в ячейку ультразвукового анализатора прочности Chandler Engineering M 4262.

Приготовленный в примере состав имеет плотность 1,64 г/см³, пластическую вязкость 44,2 мПа·с, динамическое напряжение сдвига 161 дПа, время загустевания до 70 Bс - 250 мин, водоотдача за 30 мин - 30,2 мл, прочность на сжатие через 1 сутки - 20,3 МПа.

Примеры приготовления и испытания составов 1-3 и 5-7, приведенных в таблице 1, аналогичны вышеописанному.

Раствор прототипа был приготовлен в лабораторных условиях согласно описанию и для него, также как описано в примере, были замерены технологические параметры.

Как видно из таблицы 2, заявляемый тампонажный раствор обладает ультранизкой водоотдачей (заявляемый 30,2 мл, а прототип 435,3 мл). Пластическая вязкость такого тампонажного раствора составляет 44,2 мПа·с, а прототипа 77,5 мПа·с. Увеличение содержания микрокремнезема повышает прочность камня на сжатие, однако увеличение его содержания свыше 10% по весу микроцемента обеспечивает раствору чрезмерно высокие показатели динамического напряжения сдвига, что нежелательно.

Предлагаемый тампонажный раствор позволяет повысить качество ответственных операций по ремонтному цементированию за счет ультранизкой водоотдачи тампонажного раствора и низких показателей реологии в сочетании с его высокой проникающей способностью и высокой прочностью цементного камня.

Таблица 1
Составы высокопроникающего тампонажного раствора
№ п/п	Микроцемент ЦС БТРУО «Микро»	Понизитель фильтрации «ПФ-ВМЦ»	Замедлитель схватывания «ЗС-ВМЦ»	Пеногаситель	Микрокремне-зем	Вода
Тесил-201	Полидефом	Basopur DF5
(мас.ч. на 100 мас.ч. цемента)
1	100	0,25	0,50	0,10	-	-	-	70,0
2	100	0,50	1,75	0,20	-	-	-	75,0
3	100	0,75	3,00	0,30	-	-	-	80,0
4	100	0,50	1,75	0,20	-	-	5,00	75,0
5	100	0,50	1,75	0,20	-	-	10,0	75,0
6	100	0,50	1,75	-	0,20	-	5,00	75,0
7	100	0,50	1,75	-	-	0,20	5,00	75,0
ПРОТОТИП
8	100 (цемент марки G)	0,42 (сульфацелл)					3,09	51,5

Таблица 2
Свойства составов высокопроникающего тампонажного раствора, представленных таблице 1.
№ состава из таблицы 1	Плотность, г/см3	Пластическая вязкость, мПа·с	Динамическое напряжение сдвига, дПа	Водотдача, см3 за 30 мин	Время загустевания до 70 Bс, чч:мм	Прочность на сжатие, МПа, 1 сут
Расчетная	Замеренная
1	1,67	1,67	156,0	403	50,5	01:00	13,1
2	1,64	1,64	38,2	24	29,5	02:10	12,2
3	1,60	1,60	62,5	46	19,5	06:45	11,5
4	1,64	1,64	44,2	161	30,2	04:10	20,3
5	1,65	1,65	63,0	357	35,3	04:30	23,2
6	1,64	1,64	43,9	158	30,1	04:10	20,6
7	1,64	1,64	43,7	155	30,0	04:15	19,9
ПРОТОТИП
8	1,82	1,82	77,5	17,1	435,3	03:10	20,4

Источники информации

1. Патент RU 2085702 C1, E21B 33/138, опубликовано 27.07.1997 г. - аналог.

2. Патент RU 2322471 C1, C09K 8/467, опубликовано 20.04.2008 г. - прототип.

Тампонажный раствор, содержащий вяжущее, понизитель фильтрации - гидроксиэтилцеллюлозу, микрокремнезем и воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит замедлитель схватывания «ЗС-ВМЦ», представляющий собой смесь органических серосодержащих веществ и минеральных добавок, и кремнийорганический пеногаситель, в качестве которого используется «Тесил 201» или «Полидефом», или «Basopur DF5», а в качестве вяжущего содержит цементную смесь БТРУО «Микро» с удельной поверхностью не менее 900,0 м²/кг, в качестве гидроксиэтилцеллюлозы - реагент «ПФ-ВМЦ», при следующем соотношении компонентов, мас.ч. на 100 мас.ч. микроцемента ЦС БТРУО «Микро»:

Понизитель фильтрации «ПФ-ВМЦ»	0,25-0,75
Замедлитель схватывания «ЗС-ВМЦ»	0,50-3,00
Микрокремнезем МК-85	0,00-10,0
Пеногаситель	0,10-0,30
Вода пресная	70,0-80,0