Тампонажный раствор

 

Изобретение относится к тампонажным растворам и может найти применение при бурении нефтяных и газовых скважин. Тампонажный раствор содержит тампонажный цемент и в качестве пластификатора полиэлектролитный комплекс резорцинформальдегидных олигомеров и полиэтиленполиамина, стабилизированный формальдегидом. Содержание пластификатора в растворе 0,05 - 0,45%. Технический результат - повышение эффективности пластификации и повышение прочности цементного камня. 1 табл.

Изобретение относится к тампонажным растворам, применяемым при бурении нефтяных и газовых скважин.

Известен тампонажный раствор, содержащий в качестве пластификатора КССБ.

Недостатками цементного раствора с добавкой КССБ являются: невысокий эффект пластификации, вспенивание раствора при увеличении содержания КССБ и снижение прочности образующегося камня (см. Тампонажные материалы, Булатов А.И., Данюшевский В.С. М., Недра, 1987, 280 с.).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является тампонажный раствор с добавкой суперпластифакатора С-3 (см. Зельцер П. Я., Матюшина Н.Н. Исследования цементных растворов с пластифицирующими добавками тр. СНИИГГ и МС. Совершенствование технологии бурения нефтяных и газовых скважин в Восточной Сибири и Якутии: - Новосибирск, 1985. - стр. 59-62).

Однако суперпластификатор С-3 не повышает прочность образующегося камня и для достаточной пластификации раствора при пониженном водоцементном факторе требуются повышенные добавки С-3.

Данный раствор взят в качестве прототипа.

Задачей изобретения является повышение эффективности пластификации и прочности образующегося камня.

Поставленная задача решается тем, что в качестве пластификатора используется полиэлектролитный комплекс резорцинформальдегидных олигомеров и полиэтиленполиамина, стабилизированный формальдегидом (ПК).

Полиэлектролитные комплексы полиэтиленполиаминов (ПЭПА) и резорцинформальдегидных олигомеров образуются в результате комплементарного сочетания при кооперативной межмакромолекулярной реакции. Протекание ее оказывается возможным благодаря высокой локальной концентрации связанных в цепочку функциональных групп исходных реагентов: гидроксильных групп резорциновых фрагментов полимеров и аминогрупп ПЭПА.

Строение пластификатора ПК таково, что количество его активных функциональных групп достаточно не только для внутреннего кооперативного воздействия, но и для многостороннего взаимодействия с продуктами гидратации тампонажного портландцемента.

Несвязанные гидроксильные группы резорциновых фрагментов потенциально могут реагировать с положительно заряженными центрами эттрингита, портландцемента и гипса. А атомы азота полиэтиленполиаминной цепи с локализованными положительными зарядами будут взаимодействовать с отрицательными центрами на гидросиликатах кальция. В целом, молекула пластификатора ПК проявляет высокую поверхностную активность. Ее высокая плотность и объемная конфигурация обуславливают эффективное сглаживание микрорельефа цементных зерен и интенсивное экранирование.

Коллоидный раствор поликомплекса образуется при смешивании водных растворов ПЭПА и смолы, затем стабилизируется добавкой формальдегида. Соотношение мольных масс ПЭПА, смолы и формальдегида равно (1,4-2,0):1:1.

Пластификатор ПК может быть получен в сухом виде фильтрованием, высушиванием и измельчением. В этом случае его можно вводить в сухой цемент перед затворением.

В предлагаемой композиции ПК пластифицирует раствор, позволяет получать повышенную растекаемость даже при низких водоцементных отношениях, замедляет сроки схватывания, повышает прочность образующегося камня.

Учитывая выше изложенное, считаем, что отличительные признаки заявляемого технического решения соответствует критерию "существенные отличия".

Изобретение соответствует критерию "Изобретательский уровень", так как приведенное сочетание компонентов в приведенных соотношениях тампонажного раствора является неочевидным для среднего специалиста в данной области знаний.

Вышеприведенные признаки позволяют считать заявляемый состав тампонажного раствора новым, не описанным в научно-технической и патентной литературе.

Изобретение является промышленно применимым, что подтверждается прилагаемым актом лабораторных испытаний.

Тампонажный раствор с использованием сухого пластификатора ПК приготовляют путем введения ПК в сухое вяжущее и затем смешивают с жидкостью затворения.

Пример 1. Смешивают 72,5 г цемента с 0,05 г пластификатора ПК. Полученную смесь затворяют 27,45 г воды. Полученный тампонажный раствор имеет следующие параметры: плотность, г/см³ - 1,98 растекаемость, см - 24 сроки схватывания, ч/мин: начало - 5-30 конец - 6-40 прочность камня на изгиб через 2 сут, МПа - 6,8 Пример 2. Приготавливают жидкость затворения путем смешивания 25,7217 г воды, 0,0252 г ПЭПА, 0,2316 г резорцинформальдегидной смолы и 0,0015 г формальдегида (ПЭПА, смола и формальдегид взяты в виде товарных продуктов, содержание образующегося пластификатора в пересчете на сухое вещество составляет 0,11 г). На полученной жидкости затворяют 74 г вяжущего. Полученный тампонажный раствор имеет следующие параметры: плотность, г/см³ - 2,02
растекаемость, см - 19
сроки схватывания, ч/мин:
начало - 6-50
конец - 8-0,5
прочность камня на изгиб
через 2 сут, МПа - 8,2
Свойства тампонажных растворов и образующегося камня, приготовленных согласно предлагаемому изобретению, представлены в таблице (опыты N 5-12) в сравнении с прототипом (опыты N 1-2).

Из данных, приведенных в таблице, видно, что пластификатор ПК значительно повышает растекаемость раствора при пониженном водоцементном факторе, удлиняет сроки схватывания, но при этом повышает прочность образующегося камня.

Пластификатор ПК активно пластифицирует растворы на цементах марки ШПЦС-120 и НКИ.

Пластификатор ПК более эффективен по сравнению с С-3 и оптимальные концентрации его ниже (опыт 7), причем прочность образующегося камня выше на 30%.

Нижний и верхний пределы концентраций пластификатора ПК объясняются тем, что при содержании пластификатора ПК менее 0,05% влияние его на прочность камня и растекаемость раствора незначительно (опыт 11). При повышении концентрации выше 0,45 несмотря на высокую пластификацию, сильно удлиняются сроки схватывания и уменьшается прочность образующегося камня (опыт N 12).

Заявленный нами тампонажный раствор в сравнении с прототипом позволяет повысить эффективность пластификации и прочность образующегося цементного камня.

Формула изобретения

Тампонажный раствор, включающий тампонажный цемент, пластификатор и воду, отличающийся тем, что он содержит в качестве пластификатора полиэлектролитный комплекс резорцинформальдегидных олигомеров и полиэтиленполиамина, стабилизированный формальдегидом при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Тампонажный цемент - 66-74
Полиэлектролитный комплекс резорцинформальдегидных олигомеров и полиэтиленполиамина, стабилизированный формальдегидом - 0,05-0,45
Вода - Остальноеи

РИСУНКИ

Рисунок 1