Результат интеллектуальной деятельности: ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к строительству нефтяных и газовых скважин, в частности к тампонажным растворам, предназначенным для крепления и изоляции скважин, и может быть использовано на предприятиях нефтяной и газовой промышленности.

Известен тампонажный раствор, содержащий в своем составе следующие ингредиенты, мас.ч.: цемент - 60-65,4;
карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) - 1-5; плав солей - отход производства карбофоса - 1-5; вода - 30-32,6. (см. авт. свид. СССР 1484917, кл. Е 21 В 33/138, от 1987 г.).

Недостатком известного тампонажного раствора является повышенная фильтратоотдача.

Известен тампонажный раствор, в состав которого входит, мас.%:
цемент - 62-64; карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) - 0,19-0,37;сульфат натрия 0,38-0,77; вода - остальное, (см. авт. свид. СССР 1637406, кл. Е 21 В 33/138, от 1989 г.).

Однако известный тампонажный раствор обладает высокой фильтратоотдачей. Это связано с тем, что при растворении цемента в воде происходит коагуляция неустойчивой к солям кальция КМЦ. Кроме того, реагенты, входящие в известный раствор, сильно загущают его, что вызывает увеличение водосодержания в тампонажной смеси на 5 - 25%. В результате этого также снижается изолирующая способность и прочность тампонажного камня.

Добавка КМЦ в известный тампонажный состав значительно удлиняет сроки схватывания и делает их практически неуправляемыми известными реагентами-ускорителями в условиях низких положительных и нормальных температур.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности является тампонажный раствор, содержащий полисахарид на основе целлюлозы - оксиэтилцеллюлозу и воду.

Однако известный тампонажный раствор также обладает высокой фильтратоотдачей.

Изобретением решается задача придания тампонажному раствору низких значений показателя фильтратоотдачи в широком диапазоне температур до 100^oС, придание ему структурно-реологических показателей, обеспечивающих его высокую подвижность без увеличения водосодержания, при одновременном повышении прочности образующегося тампонажного камня.

Указанная техническая задача решается двумя вариантами, а именно:
по первому варианту - тампонажным раствором, содержащим цемент, полисахарид на основе эфира целлюлозы, этил силикат (ЭТС) и воду, причем в качестве полисахарида на основе эфира целлюлозы раствор содержит полианионную целлюлозу при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.:
Цемент - 100
Полианионная целлюлоза - 0,1-0,5
Этилсиликат - 0,1-1,0
Вода - 35-50
и по второму варианту - тампонажным раствором, содержащим цемент, полисахарид на основе эфира целлюлозы, этилсиликат и воду, причем раствор дополнительно содержит аморфную окись алюминия, а в качестве полисахарида на основе эфира целлюлозы полианионную целлюлозу при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.:
Цемент - 100
Полианионная целлюлоза - 0,1-0,5
Этилсиликат - 0,1-1,0
Аморфная окись алюминия - 0,2-3,0
Вода - 35-50
Достижение поставленной технической задачи обеспечивается, по-нашему мнению, за счет следующего.

Как неожиданно оказалось, добавка полианионной целлюлозы (ПАЦ) не загущает тампонажный раствор, снижает его фильтратоотдачу, не требует в отличие от других полимеров (например, ОЭЦ) увеличенного количества добавки.

Кроме того, ПАЦ в сочетании с этилсиликатом (ЭТС) обладает еще и пластифицирующим действием. В сочетании с ЭТС наблюдается синергетический эффект, за счет которого еще больше снижается фильтратоотдача тампонажного раствора. Это обеспечивается, по-видимому, благодаря тому, что, выступая в роли пластификатора, ЭТС не позволяет цементным частицам образовывать крупные конгломераты, вследствие чего изменяется структура порового пространства, поры становятся меньше. Уменьшение размера пор приводит к облегчению процесса стабилизации жидкой фазы, а значит и к снижению склонности раствора к фильтратоотдаче.

Добавка в цементный раствор ПАЦ с ЭТС позволяет также регулировать водоцементное отношение тампонажного раствора в зависимости от требуемой плотности. Уменьшение водоцементного отношения приводит к снижению перового пространства и, следовательно, к увеличению прочности и снижению проницаемости тампонажного камня.

Вместе с этим сочетание компонентов в предлагаемом тампонажном растворе позволяет получить непроницаемый высокопрочный тампонажный камень.

С целью расширения температурного диапазона применения тампонажного раствора в условиях низких положительных температур в тампонажный раствор по второму варианту дополнительно вводится аморфная окись алюминия. Кроме этого, аморфная окись алюминия оказывает противоусадочное действие на образующийся в процессе твердения тампонажный камень, а при добавлении в тампонажный раствор этого реактива в количестве более 0,3%, наблюдается расширяющий эффект.

Известно, что полисахариды при температурах выше 50^oС теряют вязкость и соответственно способность эффективно снижать фильтрацию тампонажного раствора. Добавка в состав кремнесодержащего реагента - этилсиликата (ЭТС) позволяет расширить область применения полисахарида - ПАЦ в температурном диапазоне до 100^oС.

Для приготовления заявляемого тампонажного раствора в лабораторных условиях были использованы следующие вещества:
1. Тампонажный портландцемент, например, марки ГЩТ Т-50 ГОСТ 1581-96, ПЦТ I-100 ГОСТ 1581-96 С, ГЩТ I-G-CC-2 ГОСТ 1581-96 Сухоложского цементного завода..

2. Полианионная целлюлоза - ПАЦ: содержание КМЦ (в сухом веществе) - 70%, концентрация сухого вещества 1%, содержание влаги 8%, вязкость, измеряемая вискозиметром Брукфильда 25-45 МПа.

3. Кремнесодержащая добавка: Этилсиликат - конденсат ТУ 6-02-06-67-86, этилсиликат-40 ГОСТ 26371-84.

4. Вода техническая.

5. Аморфная окись алюминия - гамма-форма МРТУ 6-09-3200-66, "ЭКСЦЕМ СА"- ТУ 2123-020-53501222-2001.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующими примерами:
Пример 1.

Для получения заявляемого раствора к 200 мл технической воды добавили 1,0 г ПАЦ, 20 мл этилсиликата, а после перемешивания в течение 0,5 часа добавили 500 г цемента и получили тампонажный раствор со следующим содержанием ингредиентов, мас.ч.:
Цемент - 100
ПАЦ - 0,25
Этилсиликат - 0,4
Вода - 0
Пример 2.

Для получения заявляемого раствора к 250 мл технической воды добавили 2,0 г ПАЦ, 2,5 мл этилсиликата и после перемешивания в течение 0,5 часа добавили 500 г цемента и 10 г аморфной окиси алюминия перемешивали в течение 0,5 ч и получили тампонажный раствор со следующим содержанием ингредиентов, мас. ч.: цемент - 100; ПАЦ - 0,4; этилсиликат - 0,5; аморфная окись алюминия - 2; вода - 50.

Тампонажные растворы с другим содержанием ингредиентов готовили аналогичным образом.

В ходе лабораторных испытаний определяли следующие свойства предлагаемого и известных тампонажных растворов: плотность (кг/м³)
растекаемость (мм); время загустевания до консистенции 30 у.е.к. (ч-мин);
фильтратоотдача при Р=0,7 МПа (см³ через 30 мин); водоотделение (см³); сроки схватывания (ч-мин); предел прочности на изгиб при хранении в пресной воде через двое суток (МПА).

Данные о составе исследуемых тампонажных растворов приведены в табл.1.

Данные о свойствах предлагаемого и известных тампонажных растворов приведены в табл.2.

Данные исследований показывают, что предлагаемый тампонажный раствор обладает по сравнению с известным по прототипу следующими преимуществами:
- низкими значениями показателя фильтрации (при t=22^oC Ф = 15-40 см³, при t=75^oС Ф = 18-65 см³) в то время как у прототипа при t=22^oС Ф = 47 см³ и при t=75^oС Ф = 95 см³ за 10 мин;
- высокой растекаемостью (230-260 мм) по сравнению с прототипом (210 см ) при более низком водоцементном отношении;
более высокими прочностными свойствами образующегося тампонажного камня (при t= 22^oC прочность 4,3-5,6 МПа, при t=75^oC прочность 5,8-8,1 МПа) по сравнению с прототипом (при t=22^oC прочность 3,5 МПа, при t=75^oC прочность 5,25 МПа).

Использование предлагаемого раствора в промысловых условиях позволит гарантировать безаварийную доставку тампонажного раствора в скважину, повысить качество цементирования нефтегазовых скважин, скважин малого диаметра, имеющих малые зазоры и др., конструкция которых предполагает малые диаметры и зазоры.

За счет низкого водоцементного отношения предлагаемого тампонажного раствора обеспечивается исключение возможности миграции пластовых флюидов по твердеющему тампонажному раствору, благодаря чему снижается обводненность продукции скважин.