Тампонажный раствор

 

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, в частности цементированию обсадных колонн, а именно к составамтампонажных растворов. Цель изобретения - увеличение прочности цементного камня при сохранении растекаемости тампонажного раствора. Последний содержит тампонажный портландцемент, наполнитель в виде апретированных стеклянных микросфер марки МСО-А9, воду и дополнительно суперпластификатор НКНС - 1 40-03 и гидрофобизатор ГМЖ при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: тампонажный портландцемент 44,1-69,3; апретированные стеклянные микросферы МСО - А9 3,5-13,2; суперпластификатор НКНС - Г 40-03 0,3-0,5; гидрофобизаюр ГМЖ 0,4-0,7, вода 26,0- 41,9. Тампонажный раствор имеет увеличенную на 32,31-155,32% прочность при изгибе, на 47,29-231,58% прочность при сжатии, водоцементное отношение раствора уменьшилось на 41.5-100%. Время прокачиваемости тампонажного раствора больше, чем у известного. 3 табл. сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 Е 21 B 33/138

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKQMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4608701/03 (22) 05.09.88 (46) 07.04.91. Бюл. № 13 (71) Волгоградский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности (72) Г,И, Горчаков, И.И. Лифанов, Д.В. Орешкин, Г.А. Белоусов, Б.М. Скориков, Л,А. Понеделин, Г.Ф. Сидорова, Ш.Т. Бабаев и Н, В. Колюцкий (53) 622.245.42(088,8) (56) Патент США ¹ 3902911, кл. С 04 В 7/02, опублик. 1975.

Патент США N 4370166, . кл, С 04 В 7/02, опублик. 1983. (54) ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР (57) Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, в частности цементированию обсадных колонн, а именно к составам тампонажных растворов.

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к цементированию обсадных колонн. а именно к составам тампонажных растворов.

Цель изобретения — увеличение прочности цементного камня при сохранении растекаемости тампонажного раствора.

Тампонажный раствор содержит тампонажный портландцемент (ПЦТ), наполнитель в виде апретированных стеклянных микросфер марки МСΠ— А9 (АПСМС), воду и дополнительно суперпластификатор НКНС-1

"40 — 03" и гидрофобизатор ГМЖ при следующем соотношении ингредиентов, мас. :

ПЦТ 44,1-69.3

АПСМС 3,5 — 13.2

„„0„„1640367 А1

Цель изобретения — увеличение прочности цементного камня при сохранении растекаемости тампонажного раствора. Последний содержит тампонажный портландцемент, наполнитель в виде апретированных стеклянных микросфер марки MCO-A9, воду и дополнительно суперпластификатор НКНС—

1 "40-03" и гидрофобизатор ГМЖ при следующем соотношении ингредиентов, мас. : тампона>кный портландцемент 44,1-69,3; апретированные стеклянные микросферы MCO — А9 3,5 — 13,2; суперпластификатор Н КНС вЂ” 1 "40 — 03" 0,3 — 0,5; гидрофобизатор ГЫЖ 0,4 — 0,7, вода 26,0—

41,9, Тампона>кный раствор имеет увеличенную на 32,31 — 155,32 прочность при изгибе, на 47,29-231,58% прочность при сжатии, водоцементное отношение раствора уменьшилось на 41,5 — 100%. Время прокачиваемости тампонажного раствора больше, чем у известного. 3 табл.

СуперпластификаФ тор НКНС-1 "40 — 03" 0,3 — 0,5 О

Гидрофобиэатор ГЫЖ 0,4-0,7 (.д

Вода 26,0-41,9 О

Пример. Для экспериментальной проверки тампонажного цементного раствора проводят 14 серий испытаний с различными составами ингредиентов, Составы и свойства тампонажных растворов приведены в табл. 1.

В состав раствора входят портландцвмент для горячих скважин, АПСМС, имеющая не менее 70 микросфер с наружным диаметром 30 10 м, истинную среднюю

-б плотность 0,24 г/см, прочность при объемз ном сжатии 200 кгс/см, коэффициент за2

1640367 полнения 0,63, В качестве апретирующего материала используют кремнеорганическую жидкость у -аминоп ропилтриэтоксисилан.

Также применяют суперпластификатор марки 40-03. Суперпластификатор получают сульфированием ароматических углеводородов газойлевых фракций каталитического крекинга и пиролиза нефти с последующей конденсацией формалином и нейтрализацией гидроокисью натрия, Гидрофобизатор ГМЖ представляет собой суспенэию омыленного едким натром и известкованного хлористым кальцием микробного жира в воде.

В качестве известного используют тампонажный цементный раствор с полыми стеклянными микросферами.

Растворы. (составы 1 — 14) имеют одинаковую подвижность, оцениваемую по растекаемости при помощи конуса АзНИИ ГОСТ

26798. 1-85. Сравнение с известным раствором происходит по расходу микросферы: 5, 15, 30 мас, от массы портландцемента.

Общее содержание ингредиентов, входящих в раствор, приведены в табл. 2, Все составы имеютодинаковые условия твердения: 48 ч образцы находятся в ванне с водой при 75 С. Затем испытывают балочки с размерами 4х4х16 см.

Предлагаемые составы и известные подвергают воздействию объемного сжатия, которое создают в автоклаве пои давлении 100, 200, 300, 400, 500 кгс/см, Результаты испытаний приведены в табл. 3;

Из табл. 1 и 2 следует, что предлагаемый тампонажный цементный раствор обладает лучшими свойствами, чем известный. Прочность цементного камня увеличивается на

32,31 — 155,32 при изгибе и на 47,29231,58 при сжатии. Водоцементное отношение раствора уменьшается на

41,5-100 . Водопоглощение цементного камня снижается на 48,23 — 515,09 по массе и на 42,89 — 353,09 по объему. Влажность стает ниже на 37,65 — 320,5, по массе и на

32,75-195,47 по объему. Время прокачиваемости у предлагаемого раствора длительнее, чем у известного.

Из табл. 3 видно, что предлагаемый тампонажный цементный раствор при равном расходе микросферы с известным имеет увеличение средней плотности на 34,79220,23 Р меньшее, чем известный тампонажный раствор при давлении 300 кгс/см, 40

0,3-0,5 а при давлении 500 кгс/см — меньшее на

16,27 — 54,85 .

Использование предлагаемого тампонажного раствора позволяет повысить дол5 говечность тампонажного камня в затрубном пространстве, снизить его flpoницаемость эа счет лучшей структуры. уменьшить расход воды, увеличить прочностные характеристики цементного камня и

10 тем самым повысить надежность разобщения пластов и исключить дополнительные изоляционные работы, Формула изобретения

Тампонажный раствор, включающий

15 тампонажный портландцемент, газонаполненные стеклянные микросферы и воду, отличающийся тем, что, с целью увеличения прочности цементного камня при одновременном сохранении растекае20 мости цементного теста, он дополнительно содержит суперпластификатор НКНС-1

"40 — 03" на основе нейтрализованного гидроксидом натрия продукта конденсации сульфированных ароматических углеводо25 родов газойлевых фракций каталитического крекинга и пиролиза нефти с формалином и гидрофобизатор ГМЖ вЂ” водную суспензию омыленного гидроксидом натрия и известкованного хлоридом кальция микробного

30 жира, а в качестве газонаполненных стеклянных микросфер он содержит гаэонаполненные стеклянные микросферы, апретированные у-аминопропилтриэтоксисиланом, при следующем соотношении инг35 редиентов, мас. :

Тампонажный портландцемент 44,1 — 69,3

Газонаполненные стеклянные микросферы, апретированные аминопропилтриэтоксисиланом 3,5 — 13,2

Суп ерпластификатор

Н КН С-1 "40 — 03" на осно45 ве нейтрализованного гидроксидом натрия продукта конденсации сульфированных ароматических углеводородов газойлевых фрак50 ций крекинга и пиролиза нефти

Гидрофобизатор ГМЖ вЂ” водная суспензия омыленного гидроксидом натрия и иэвест55 кованного хлоридом кальция микробного жира 0,4 — 0,67

Вода Остальное

В/С доли ед.

Состав

В/Ц доли ед, Содержание компонентов, мас. 7ь

Средняя плотность. г/см

Конец

Начало

3-05

22,5 1,815

0,5

1-35

2-30

1,93

4,35

2-50

4-05

0,356

22,0

22,0 1,458

2-05.

0,45

0,427

2-40

0,39

2-20

5 — 30

0,41

2 — 50

21,5

1,48

0,367

5-40

0,375

1,52

22,0

2 — 30

3-00

0,568

0,65

22,0 .

1,148 2-55

6 — 40

4 — 00

6 — 20

0,59

0,514

21,5

1,201

3 — 55

1 ПЦТ

Вода

2 ПЦТ

Вода

ГМЖ

40-03

3 АПСМС

Вода

ГМЖ

40-03

ПЦТ

4 АПСМС

Вода

ГМЖ

40-03

ПЦТ

5 АПСМС

Вода

ГМЖ

40-03

ПЦТ

6 АПСМС

Вода

ГМЖ

40-03

ПЦТ

7 АПСМС

Вода

ГМЖ

40-03

ПЦТ

66.67

33,33

72,81

25,92

0,73

0,54

3,47

29,71

0,44

0,33

66,05

3,47

27,78

0,565

0,425

67,76

3,47

26,0

0,69

0,52

69,32

8,35

32,43

0,44

0,33

58,45

8,35

33,64

0,565

0,425

57,02

1640367

Растекаемость, см

Прокачивае-: мость, ч-мин

Табл и ца 1.

Сроки охватывания, ч-мин

1640367

В/Ц доли ед.

В/С доли ед.

Средняя плотНОСТЬ, rIñì

Состав

Содержание компонентов, мас.

Прокачиваемость, ч-мин

Растекаемость, см

2-40

0,555

0,485

21,0

1,22

3 — 50

6 — 10

0,95

0,731

20,0

4-10

7-00

0,875

0,679

21,0

4 — 30

7 — 15

0,810

0,633

3 — 40

22,0

0,925

4 — 45

7 — 25

2 — 00

0,75

0,714

23,0

1,491

2 — 35

3 — 45

1,00

0,833

20,0

1,151

1 — 25

1-55

3 — 10

1,34

1,036

20,0

0,934

2 — 05

1 — 10

3 — 30

0,382

0,364

20,0

1,47

2-40

2 — 55

5 — 40

8 АПСМС

Вода

ГМЖ

40-03

ПЦТ

9 АПСМС

Вода

ГМЖ

40 — 03

ПЦТ

10 АПСМС

Вода

ГМЖ

40-03, ПЦТ

11 АПСМС

Вода

ГМЖ

40-03

ПЦТ

12 ПЦТ

ПСМС

Вода

13* ПЦТ

ПСМС

Вода

14* ПЦТ

ПСМС

Вода

15 АПСМС

Вода

ГМЖ

40-03

ПЦТ

8,35

35,79

0,69

0,52

54,65

13,23

41,9

0,44

0,33

44,1

13,23

40,03

0,565

0,425

45,75

13,23

38,29

0,69

0,52

47,27

55,55

2,79

41,66

46,51

6,98

46,51

37,88

11,36

50,76

3,5

26,5

0,4

0,3

69,3

0,996 3 — 05

0,983 3 — 35

Продолжение табл,1

Сроки окватывания ч †м

Начало .Конец

1640367.

Продолжение табл. 1

В/Ц доли ед.

В/С доли ед.

Средняя плотНОСТЬ, гlсм

ПрокачиваеСостав

Сроки схватывания, ч — мин

РастекаеСодержание компонентов, мас. %

Конец

Начало мость, ч-мин масть, см

2 — 35

3 — 05

5 — 45

22,0

1,49

0,375 0,357

0 — 50

2-05

16,0

0,895

4 — 20

0.242 0,204

0,887

0 — 55

2 — 10

4 — 30

0,235 0,198

1 — 35

3 — 05

0,392 0,374

6,5

1,41

2 — 35

0,850

0-50

0,252 0,212

6.5

* Известные составы

Влажность, %

Состав

Прочность в возрасте 2 сут, кгсlсм

Водопоглощение в высушенном состоянии, по массе по обьему по массе по объему на изгиб на сжатие

16 АПСМС

Вода

ГМЖ

40-03

ПЦТ

17 АПСМС

Вода

ГМЖ

40-03

ПЦТ

18 АПСМС

Вода

ГМЖ

40-03

ПЦТ

19* ПСМС. Вода

ПЦТ

20* ПСМС

Вода

ПЦТ

2

4

6

8

11

12

13

14

16

17

18

19

3,5

26,0

0,7

0.5

69,3

13,2

16,8

0,4

0,3

69,3

13,2

16,3

0,7

0,5

69,3

3,5

27,2

69.3

13,2

17,5

69,3

56,0

71,5

57,1

58,3

60,0

25,8

27,4 .

28,4

25.0

25,3

26,4

23,5

19,5

16,0

59,3

60,5

13,04

12,32

8,49

6,34

179,55

249,9

201,4

210,2

214,2

85,9

83,1

80,42

53,03

55,4

57,2

64,6

° 54,6, 34,65

214,8

216,4

27,8

26,13

18,4

10,2

Средняя плотность цементного камня в высушенном состоянии, г/смз

1,585

1,76

1,381

1,401

1,601

1,00

1,062 l,091

0,868

0,771 . 0,702

1,125

0,985

0,837

1,38

1,58

0,767

0.782

0,731

0,702

10,33

7,43

7,88

7,04

6,34

15,02

14,24

13,22

25,58

21,21

18,02

26,66

29,13

35,21

6,84

6.34

3,95

3,97 .3,98

3,64

16,37

13,07

10,86

9,86

10,15

15,02

15,22

14,42

22,2

16,35

12,65

29,66

28,69

29,47

9,44

10,02

3,03

3,1

2,91

2,56

19,28

6,44

4,94

4,74

4,44

14,22

13.91

13.41

25,»

23,92

22,21

27,31

30,28

37,22

4,67

4,48

29,01

30,34

56,»

66;1

Таблица2

30,56

»,86

6,78

6,67

7,11

14,22

14,77

14,63

21,8

18,44

15.59

30,72

29,82

31,15

6,44

7.08

22,25

23,72

41,02

46 4

1640367

Таблица 3

Составитель Л,Бестужева

Техред М.Моргентал Корректор В,Гирняк

Редактор M.Áëàíàð

Производственно-иэдательский комбинат "Патент", r. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Закаэ 1006 Тираж 372 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5