Тампонажный раствор

 

Изобретение относится к тампонажным растворам, предназначенным для цементирования скважин в нефтяной и газовой промышленности. Тампонажный раствор, содержащий портландцемент, суперпластификатов С-3 и воду, дополнительно содержит водорастворимую гидроксиэтилцеллюлозу-сульфацелл при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 60,35-71,82, суперпластификатор С-3 0,21-0,36, водорастворимая гидроксиэтилцеллюлоза - сульфацелл 0,28-0,42, вода остальное. Технический результат - улучшение изолирующих свойств за счет водоотдачи раствора и повышения прочности формируемого цементного камня, обеспечение сохранения сплошности цементного камня в кольцевом пространстве по всему интервалу цементирования, что в результате повышает качество крепления скважин в сложных горно-геологических условиях. 1 табл.

Изобретение относится к тампонажным растворам, предназначенным для цементирования скважин в нефтяной и газовой промышленности.

Известен тампонажный раствор, содержащий тампонажный портландцемент, конденсированную сульфитспиртовую барду (КССБ) в количестве от 0,1 до 0,7% к массе портландцемента и воду при водоцементном отношении от 0,5 до 0,4 [1].

Тампонажный раствор имеет повышенную водоотдачу, не обеспечивает необходимых сроков схватывания и прочности цементного камня.

Наиболее близким к предлагаемому по назначению и совокупности существенных признаков является тампонажный раствор, содержащий портландцемент и суперпластификатор C-3 - натриевую соль продукта конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом в количестве от 0,5 до 1,0% к массе портландцемента и воду при водоцементном отношении от 0,42 до 0,36 [2].

Недостатком известного тампонажного раствора является высокая водоотдача, что не обеспечивает качество крепления скважин.

Изобретение решает задачу повышения качества крепления скважин в сложных горно-геологических условиях, в том числе горизонтальных скважин, за счет использования стабилизированного тампонажного раствора при цементировании обсадных колонн, при твердении которого формируется цементный камень повышенной прочности.

Отечественный и зарубежный опыт цементирования обсадных колонн в сложных горно-геологических условиях [3] показывает, что решение поставленной задачи возможно при использовании тампонажного раствора пониженной водоотдачи (менее 40 см³ за 30 мин).

Для решения указанной задачи тампонажный раствор, содержащий портландцемент, суперпластификатор C-3 и воду, дополнительно содержит водорастворимую гидроксиэтилцеллюлозу (сульфацелл) при следующем соотношении компонентов, маc. %: Портландцемент - 68,35 - 71,82 C-3 - 0,21 - 0,36 Сульфацелл - 0,28 - 0,42 Вода - остальное Новым в предлагаемом тампонажном растворе является то, что он дополнительно содержит реагент сульфацелл при следующем соотношении компонентов, мас. %: Портландцемент - 68,35 - 71,82 C-3 - 0,21 - 0,36 Сульфацелл - 0,28 - 0,42 Вода - Остальное
Реагент Сульфацелл - водорастворимая гидроксиэтилцеллюлоза представляет собой желтый или желтовато-белый продукт, который легко растворяется в воде, образуя растворы различной вязкости.

Сульфацелл выпускается по ТУ 6-55-221-1210-91 в виде порошка или гранул. Выпуск производит акционерное общество "Полицелл", г. Владимир Владимирской области.

Известно использование сульфацелла в качестве стабилизатора буровых растворов [4].

Достигаемый при осуществлении изобретения технический результат состоит в том, что одновременный ввод стабилизатора и пластификатора в тампонажный раствор позволяет снизить его водосодержание, водоотдачу, повысить прочность цементного камня и тем самым значительно повысить качество крепления скважин.

В результате лабораторных исследований установлено, что при водоцементном отношении от 0,45 до 0,38 предлагаемый тампонажный раствор имеет водоотдачу в пределах от 30 до 10 см³ за 30 мин, цементный камень при твердении в условиях низких и нормальных температур имеет прочность от 3,6 до 4,2 МПа, при твердении в течение 1 суток в условиях умеренных температур цементный камень имеет прочность до 7,5 МПа. Приведенные технологические показатели предлагаемого тампонажного раствора и цементного камня значительно лучше аналогичных показателей известного тампонажного раствора.

При проведении лабораторных исследований были использованы: тампонажный портландцемент по ГОСТ 1581-91; суперпластификатор C-3 по ТУ 6-14-625089^*; сульфацелл по ТУ 6-55-221-1210-91.

Для проведения лабораторных исследований были приготовлены тампонажные растворы с компонентными составами, приведенными в таблице.

Тампонажный раствор готовится простым механическим смещением компонентов. При этом в необходимое количество воды вводится расчетное количество реагентов до полного их растворения. Затем на водном растворе реагентов производится затворение портландцемента. Приготовление и применение тампонажного раствора не требует дополнительных капитальных затрат, а технология цементирования не отличается от общепринятой.

Пример. Для приготовления 1 л тампонажного раствора брали 285,8 г водопроводной воды, в которую добавили 2,8 г суперпластификатора C-3 и 3,5 г реагента сульфацелла, и перемешивали до полного их растворения. Затем 707,9 г портландцемента затворяли на приготовленном водном растворе реагентов и перемешивали до получения однородного тампонажного раствора (опыт N 6).

Приготовление тампонажного раствора производили согласно ГОСТ 26798.0-85.

Растекаемость тампонажного раствора определяли по ГОСТ 26798.1-85.

Пределы прочности цементного камня определяли по ГОСТ 26798.2-85.

Водоотдачу тампонажного раствора определяли на приборе ВМ-6.

Результаты проведенных лабораторных исследований представлены в таблице.

Анализ данных таблицы показывает, что известный тампонажный раствор (опыты 1 - 3) имеет высокий показатель фильтрации (водоотдачу) по ВМ-6, достигающий 330 см³ за 30 мин при низком водоцементном отношении от 0,36 до 0,42.

Предлагаемый тампонажный раствор при водоцементном отношении от 0,38 до 0,45 имеет водоотдачу в пределах от 30 до 10 см³ за 30 мин (опыты 4 - 8).

Прочность цементного камня достигает 7,5 МПа при твердении цементного камня в условиях умеренных температур в течение 1 суток и 4,2 МПа при твердении камня в условиях низких и нормальных температур в течение 2 суток.

При содержании сульфацелла более 0,42 мас.% (опыт 13) растекаемость тампонажного раствора 170 мм, при содержании сульфацелла менее 0,28 мас.% (опыт 14) водоотдача тампонажного раствора достигает 105 см³ за 30 мин.

Содержание сульфацелла, равное 0,6 мас.%, ухудшает подвижность раствора (растекаемость 160 мм) и его водоотдача равна 100 см³ за 30 минут.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает сохранение сплошности хорошо изолирующего цементного камня в кольцевом пространстве по всему интервалу цементирования за счет значительного снижения отфильтрации жидкости затворения из тампонажного раствора и исключения флюидопроявлений во время ОЗЦ, что обеспечивает высокое качество крепления скважин.

Источники информации
1. Данюшевский B. C. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам. -М.: Недра, 1987, с. 53.

2. Патент РФ N 2031893, кл. C 04 B 40/00/ E 21 B 33/138, 1995.

3. Рейли Р.X. и др. Цементирование хвостовиков в наклонно-направленных скважинах на месторождении Прадхо-Бей. Нефть, газ и нефтехимия - М.: Недра, 1988. N 7, с. 17.

4. Пеньков А.И. и др. Стабилизация буровых растворов в целом при проводке скважин в условиях полиминеральной агрессии. Реферативный научно-технический сборник. Серия Бурение. М.: ВНИИОЭНГ, N 12, 1981, с. 11, 12.

Формула изобретения

Тампонажный раствор, содержащий портландцемент, суперпластификатор С-3 и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит водорастворимую гидроксиэтилцеллюлозу-сульфацелл при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Портландцемент - 68,35 - 71,82
Суперпластификатор С-3 - 0,21 - 0,36
Водорастворимая гидроксиэтилцеллюлоза-сульфацелл - 0,28 - 0,42
Вода - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1