Тампонажный раствор для цементирования нефтяных и газовых скважин

Изобретение относится к тампонажным растворам, используемым при цементировании нефтяных и газовых скважин.

Известен тампонажный раствор, содержащий тампонажный цемент, микрокремнезем и воду (см. пат. RU 2057250, МПК 7 Е21В 33/138, 27.03.1996) [1], данный тампонажный раствор предназначен для цементирования газонефтяных скважин с температурой выше 110°С, его недостатком является низкая сопротивляемость получаемого цементного камня к ударным нагрузкам.

Наиболее близким аналогом к изобретению по своей технологической сущности является тампонажный раствор для цементирования нефтяных и газовых скважин, содержащий, масс. %: портландцемент - 100, и сверх 100 пенетрирующая добавка 3, водорастворимый эфир целлюлозы 0,03 - 0,1, пластификатор - лигносульфонат 0,3-0,7, трибутилфосфат - 0,01-1,0, вода до водоцементного отношения 0,38-0,42 (см. пат. RU 2542013, С1, 20.02.2015,6 с. ) [2].

Недостатком этого раствора является недостаточно высокая адгезия получаемого цементного камня к ограничивающей поверхности.

Задачей изобретения является разработка технологичного, тампонажного раствора, цементный камень которого обладает повышенной устойчивостью к ударным нагрузкам и высокой адгезией к ограничивающим поверхностям.

Поставленная задача достигается введением в тампонажный цемент добавок.

Сущность изобретения заключается в том, что тампонажный раствор включает портландцемент, адгезионную добавку, понизитель водоотдачи, пеногаситель и воду, отличающийся тем, что в качестве адгезионной добавки он содержит адгезионный клей Силор-Ультра Т (выпускаемый по ТУ 5772-001-90679544 - 2013), при следующем соотношении компонентов, масс. %:

- портландцемент - 100

- указанная адгезионная добавка -1,0-2,0 сверх 100

- указанный понизитель водоотдачи - 0,01-0,1 сверх 100

- указанный пластификатор - 0,05-0,15 сверх 100

- трибутилфосфат - 0,05-0,1 сверх 100

вода до водоцементного отношения - 0,36-0,38.

Из патентной и научно-технической литературы нам не известны тампонажные материалы, содержащие совокупность указанных выше компонентов в предложенном качественном соотношении, что позволяет сделать вывод о новизне заявляемого технического решения.

Достигаемый при осуществлении изобретения технический результат состоит в том, что входящие в состав тампонажного раствора компоненты в указанных количествах в совокупности повышают прочность цементного камня, улучшают его адгезионные характеристики, повышают сопротивление ударным нагрузкам.

Указанная адгезионная добавка заполняет пустоты кристаллической структуры гидратируемого цемента, перекрывает мелкие каналы и капилляры тампонажного камня. При этом улучшается структура тампонажного материала между порами, вследствие чего повышаются ударостойкость цементного камня и его адгезионные свойства.

Эфиры целлюлозы при растворении распадаются в воде на крупные молекулы, которые покрывают частички цементного раствора (адсорбируются на них) и создают вокруг последних защитные слои. При этом повышается гидрофильность цементных частиц и агрегативная устойчивость системы. Макромолекулы таких реагентов, а также слои, образуемые ими на элементарных кристалликах цементного раствора, способствуют увеличению плотности фильтрационных корок, в результате чего снижается водоотделение цементных растворов.

Пластификатор лигносульфонат позволяет получить необходимую растекаемость и подвижность раствора, а трибутилфосфат - гасит пену.

Из существующего уровня техники нам не известно, что данная композиция в тампонажном растворе обеспечивает в совокупности указанные выше свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию «изобретательский уровень».

Тампонажный раствор готовят следующим образом. Приготавливают сухую смесь в заданном количественном соотношении из тампонажного цемента, лигносульфоната и эфира целлюлозы. Адгезионный клей Силор-Ультра Т (ТУ 5772-001-90679544 - 2013, дата публикации 25.10.2013 г.) представляет собой двухкомпонентный состав на полиуретановой основе [3]: 1-й компонент - жидкость темно-коричневого цвета, 2-й компонент - жидкость светло-бежевого цвета, указанные компоненты смешиваются соответственно в соотношении 2:1, после этого адгезионный клей Силор-Ультра Т и трибутилфосфат добавляют в процессе затворения смеси в жидкость затворения.

Тампонажно-технологические свойства полученного тампонажного раствора представлены в таблице.

Как видно из таблицы тампонажный раствор позволяет достичь поставленной цели: цементный камень обладает более высокими по сравнению с аналогами стойкостью к ударным нагрузкам и адгезией к ограничивающим поверхностям

Данный тампонажный раствор был испытан при креплении двух эксплуатационных нефтяных скважин на Покачевском месторождении Западной Сибири.

Пример применения тампонажного раствора.

Для цементирования одной эксплуатационной колонны на Покачевском месторождении (интервал цементирования 300 м), на базе цеха крепления скважин предварительно была приготовлена сухая тампонажная смесь, в составе:

- портландцемент - 12000 кг (100%);

- указанный понизитель водоотдачи - 12,0 кг (0,1% сверх 100%);

- указанный пластификатор - 12 кг (0,1% сверх 100%).

При водоцементном отношении 0,38 было произведено затворение смеси, адгезионный клей Силор-Ультра Т - 120 кг (1,0% сверх 100%) добавлялся в приготовленный тампонажный раствор в осреднительную емкость, трибутилфосфат - 12 кг (0,1% сверх 100%) добавлялся в раствор при затворении цемента.

После ожидания затвердевания цемента проводились стандартные геофизические исследования на предмет определения качества крепления в контактных зонах цементный камень - горная порода и цементный камень - стенки колонны, высота подъема тампонажного раствора и его однородность по плотности.

Результаты исследований положительные.

Применение предложенного тампонажного раствора позволит повысить прочность контакта цемента с колонной и породой, качество разобщения пластов.

Источники информации:

1. П. RU 2057250, МПК 7 Е21В 33/138, 27.03.1996

2. П. RU 2542013, С1, 20.02.2015, 6 с.

3. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://silor-sprut.ru/index/silor_ultra_t/0-17

Примечание:

* - сопротивляемость цементного камня ударным нагрузкам характеризуется удельной работой, затрачиваемой на его разрушение. Стойкость к ударным воздействиям определяли при помощи копра, разработанного в соответствии с требованиями ГОСТ 30353-95 «Полы. Метод испытания на стойкость к ударным воздействиям».