Результат интеллектуальной деятельности: ТАМПОНАЖНАЯ МАГНЕЗИАЛЬНО-КАРНАЛЛИТОВАЯ СМЕСЬ

Изобретение относится к области цементирования обсадных колонн в нефтяных, газовых и газоконденсатных скважинах, вскрывающих солевые породы и пласты с полиминеральными водами высокой степени минерализации. Может быть использовано также при цементировании колонн в бессолевых интервалах и для установки изоляционных цементных мостов.

Известен тампонажный материал (патент РФ №2295554, опубликовано 20.03.2007 г.) содержащий порошок магнезитовый каустический, хлористый магний, триполифосфат натрия, суперфосфат двойной, крахмалсодержащий реагент и воду при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Недостатком данного состава является отсутствие возможности ввода всех компонентов в состав сухой смеси для затворения ее водой по стандартной технологии. Необходимо обязательное приготовление жидкости затворения с заданными свойствами путем определенного порядка растворения хлорида магния (в больших количествах) и двойного суперфосфата. Учитывая свойства двойного суперфосфата, требуется длительное время на его растворение, что в совокупности с использованием большого количества хлорида магния приводит к дополнительным временным и стоимостным затратам по подготовке к цементированию и затрудняет практическую реализацию состава.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является композиционный состав тампонажной смеси (патент РФ №2286374, опубликовано 27.10.2006 г.), содержащий магнезит каустический, суперфосфат двойной, крахмальный реагент, триполифосфат натрия и воду, в качестве цементирующей основы он содержит шлам - отход производства магния (шлам карналлитовых хлораторов) при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Использование в данном составе шлама карналлитовых хлораторов в качестве цементирующей основы позволяет смешивать его с другими компонентами в сухом виде. Однако для приготовления раствора смеси с приемлемыми технологическими свойствами также необходимо предварительное растворение двойного суперфосфата в подогретой воде, что является существенным недостатком для практического применения. Кроме того, формирующийся тампонажный камень предлагаемого композиционного состава имеет низкую коррозионную стойкость в полиминеральных пластовых водах высокой минерализации, что может привести к снижению долговечности крепи скважины.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение качества крепления обсадных колонн в интервале залегания агрессивных полиминеральных пластовых вод и снижение затрат на подготовительные работы к цементированию.

Техническим результатом изобретения является получение тампонажной магнезиально-карналлитовой смеси, исключающей необходимость приготовления специального состава жидкости затворения и позволяющей с использованием стандартной технологии затворения водой получать раствор, камень которого характеризуется высокой коррозионной стойкостью в полиминеральных пластовых водах высокой минерализации.

Решение поставленной задачи и технического результата достигается тем, что тампонажная магнезиально-карналлитовая смесь включает порошок магнезитовый каустический, шлам карналлитового хлоратора, тонкодисперсную неорганическую добавку, триполифосфат натрия, карбамид и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:

В качестве тонкодисперсной неорганической добавки тампонажная магнезиально-карналлитовая смесь содержит или шлак доменный гранулированный молотый, или золу уноса ТЭЦ, или кварц молотый пылевидный (Кварц Б).

Отличительными признаками заявляемой смеси от композиционного состава тампонажной смеси прототипа являются содержание в ней карбамида и тонкодисперсной неорганической добавки, а также количественное соотношение используемых ингредиентов.

Достижение технического результата обеспечивается проявлением синергетического эффекта при взаимодействии компонентов, позволяющего замедлять реакции структурообразования при затворении смеси водой по стандартной технологии, и приготавливать раствор смеси с необходимыми технологическими характеристиками для выполнения процесса цементирования обсадных колонн. По истечении индукционного периода происходит образование труднорастворимых комплексных соединений и формирование тампонажного камня с упорядоченной, плотной кристаллизационной структурой, не подверженного разрушению при контакте с полиминеральными пластовыми водами высокой минерализации.

Для приготовления раствора предлагаемой смеси используются, например, следующие материалы: порошок магнезитовый каустический по ГОСТ 1216-87; шлам карналлитового хлоратора по ТУ 1714-457-05785388-2011; шлак доменный гранулированный молотый по ТУ 0799-001-99126491-2013 (или зола уноса ТЭЦ по ГОСТ 25818-91, или кварц молотый пылевидный по ГОСТ 9077-82); триполифосфат натрия по ГОСТ 13493-86; карбамид по ГОСТ 2081-92; вода техническая.

Основные технологические свойства раствора и камня определялись в соответствии с ГОСТ 26798.1-96 «Цементы тампонажные. Методы испытаний». Плотность раствора определяется пикнометром, растекаемость - формой-конусом, предел прочности камня на изгиб и сжатие через 48 ч твердения во влажных условиях - на испытательной машине для определения прочности на изгиб/сжатие.

Кроме того, определяются значения прочностных характеристик и визуально оценивается изменение во времени состояние образцов - кубиков камня размером 50×50×50 мм при хранении в модели пластовой воды плотностью 1,27-1,28 г/см³, представляющей собой раствор хлоридов кальция (234,0 г/л), натрия (68,4 г/л), магния (51,8 г/л) и калия (2,5 г/л), и соответствующей по составу полиминеральным пластовым водам месторождений Восточной Сибири.

Тампонажная магнезиально-карналлитовая смесь приготавливается следующим образом. Вначале в заданных соотношениях смешивают сухие компоненты и полученный материал тщательно перемешивают вручную для гомогенизации. Затем производят затворение материала водой в смесителе лабораторном СЛ-1 согласно ГОСТ 26798.1-96 и определяют технологические свойства полученного раствора и сформированного камня.

В таблице представлены технологические свойства растворов и камня тампонажной магнезиально-карналлитовой смеси.

Раствор прототипа был также приготовлен в лабораторных условиях и определены его свойства (Таблица, состав 1).

Рассмотрим пример для приготовления раствора предлагаемой смеси (Таблица, состав 2), берут 550 г порошка магнезитового каустического ГТМК-87, 350 г шлама карналлитового хлоратора, 100 г шлака доменного гранулированного молотого, 5 г триполифосфат натрия и 20 г карбамида перемешивают до получения гомогенного состава и затворяют его добавлением 470 г технической воды. После перемешивания в течение трех минут определяют плотность, растекаемость, время загустевания полученного раствора, а также заливают его в формы-балочки и формы-кубики для определения прочности камня при изгибе, сжатии и последующего хранения камня в модели пластовой воды. Приготовленный раствор смеси имеет плотность 1790 кг/см³, растекаемость 285 мм, предел прочности камня при изгибе (через 48 ч твердения во влажных условиях), составил 3,70 МПа и при сжатии 13,7 МПа. При хранении в модели пластовой воды в течение 28 суток камень не подвергается разрушению, предел прочности при сжатии составил 18,6 МПа.

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

Как видно из таблицы, заявляемая тампонажная магнезиально-карналлитовая смесь с оптимальным соотношением компонентов превосходит известные из уровня техники аналоги, а именно позволяет с использованием стандартной технологии затворения водой получать раствор с необходимыми технологическими свойствами, камень которого характеризуется высокой коррозионной стойкостью в полиминеральной пластовой воде высокой минерализации и не подвержен разрушению. В то же время камень известного композиционного состава тампонажной смеси (прототипа) при хранении в модели пластовой воды растрескивается уже через 7 суток, что свидетельствует о его низкой коррозионной стойкости.

Таким образом, заявляемая тампонажная магнезиально-карналлитовая смесь позволяет расширить область применения магнезиальных тампонажных материалов и снизить затраты на цементирование обсадных колонн за счет возможности приготовления растворов смеси с использованием стандартных технологий затворения водой, повысить качество крепления скважин и долговечность их работы в условиях наличия агрессивных пластовых вод, частично решить экологические проблемы утилизации отходов магниевого производства.