Расширяющийся тампонажный цемент

 

Изобретение относится к газовой и нефтяной промышленности. Расширяющийся тампонажный цемент содержит гидравлическое вяжущее, гипс и сульфоалюминат кальция. В качестве гидравлического вяжущего расширяющийся тампонажный цемент содержит белый цемент при следующем соотношении компонентов, мас.%: белый цемент 15 - 20; сульфоалюминат кальция 75 - 77; гипс 5 - 8. Технический результат - повышение прочности и стойкости цемента к сероводородной агрессии с содержанием H₂S до 25 и СО₂ до 21 об.%. 1 табл.

Изобретение относится к газовой и нефтяной промышленности, в частности к получению цементов для цементирования скважин в газах и пластовых водах, с содержанием H₂S до 25 и CO₂ до 21 об.%, а также может использоваться в любой отрасли промышленности, где требуется защитное покрытие от сероводородоуглекислотной коррозии.

Известен цемент с повышенной прочностью и коррозионной стойкостью, включающий портландцемент, горелую породу и гексаметофосфат натрия, положительные свойства которых достигаются введением в их состав ингибитора коррозии (SU, авторское свидетельство, N 826001, МКИ 5 E 21 B 33/138 1981 г.) Недостатком состава этого цемента является необходимость использования дефицитных и дорогостоящих компонентов. Кроме того, такие цементы не имеют расширения.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является расширяющийся тампонажный цемент (RU, патент N 2013523, МКИ5 E 21 B 33/138, 1991 г.), включающий портландцемент, сульфоалюминатное гидравлическое вяжущее и сульфосодержащий компонент при следующем соотношении компонентов, мас. %: Портландцемент - 7 - 14 Сульфоалюминатное гидравлическое вяжущее - 73 - 87 Сульфосодержащий компонент - 6 - 13 Недостатками этого состава являются низкие прочность и коррозионная стойкость в условиях сероводородной агрессии с содержанием H₂S до 25 и CO₂ до 21 об.%.

Задачей изобретения является повышение прочности и стойкости к сероводородной агрессии с содержанием H₂S до 25 и CO₂ до 2 об.%.

Решение указанной задачи обеспечивается тем, что расширяющийся тампонажный цемент, содержащий гидравлическое вяжущее, гипс и сульфоалюминат кальция, в качестве гидравлического вяжущего он содержит белый цемент при следующем соотношении компонентов, мас.%: Белый цемент - 15 - 20 Сульфоалюминат кальция - 75 - 77 Гипс - 5 - 8 Предлагаемый состав готовят совместным помолом компонентов с последующим затворением при водоцементном отношении 0,52.

Для определения свойств цемента в сероводородоуглекислой среде были проведены опыты, режимы, технология которых приведены ниже.

Пример. Для исследования стойкости цемента к агрессивной среде, содержащей H₂S = 25 об.%, CO₂ = 21 об.%, были изготовлены образцы-кубики размером 1,41 х 1,41 х 1,41 см.

Образцы-кубики до агрессивной среды твердели в воздушно-влажных условиях. По истечении 2 суток твердения в воздушно-влажной среде образцы разделили на две части, одну из которых поместили в газовую агрессивную среду, вторую часть оставили твердеть в воздушно-влажных условиях как контрольные. Условия агрессивной среды в автоклавах: газовая влажная - H₂S = 25 об.%, CO₂ = 21 об.%, влажность 100%, температура 60^oC, давление 4,3 МПа.

По истечении срока твердения - 6 месяцев - автоклав выключился, образцы просматривались визуально и испытывались на прочность.

В процессе испытаний цементов на сероводородостойкость определялись тампонажно-технические свойства их по ГОСТ 1581-85 (водоцементное отношение-В/Ц, растекаемость, сроки схватывания, плотность). Расширение определяли по ТУ 21-26-7-90.

Коррозионная стойкость цементного камня характеризовалась коэффициентом коррозионной стойкости (ККС), который определялся как отношение предела прочности при сжатии для материала образцов, испытанных в агрессивной среде, к аналогичному показателю для контрольных образцов. ККС является критерием сравнительной стойкости цементов.

Цемент признается стойким к агрессии и долговечным при величине ККС, равного или более 0,8; менее 0,8 считается нестойким в данной среде.

Результаты испытаний цемента известного (наиболее близкого аналога) и предлагаемого состава приведены в прилагаемой таблице.

В таблице приведены результаты испытаний стойкости цементов известного и предлагаемого составов в сероводородуглекислой среде с содержанием H₂S = 25 и CO₂ = 21 об.%, из которой видно, что ККС предлагаемого состава через 6 месяцев твердения выше величины 0,8 и составляет 1,2, ККС известного состава в аналогичных условиях составляет 0,6.

При этом приняты обозначения: ПЦ - портландцемент, СГВ - сульфоалюминатное гидравлическое вяжущее, ССК - сульфосодержащий компонент, САК - сульфоалюминат кальция, ККС - коэффициент коррозионной стойкости.

Анализ результатов испытаний цемента предлагаемого состава показывает, что тампонажно-технические свойства его соответствуют требованиям ГОСТ 1581-95 ТУ 21-26-7-90.

Предлагаемый состав изготавливается на цементных заводах с использованием стандартного оборудования и распространенного сырья.

Положительные свойства предлагаемого состава способствуют увеличению долговечности колонны обсадных труб при одновременном сохранении ее герметичности. Все это исключает появление межпластовых перетоков и не требует проведения подземного капитального ремонта в процессе эксплуатации скважины.

Формула изобретения

Расширяющийся тампонажный цемент, содержащий гидравлическое вяжущее, гипс и сульфоалюминат кальция, отличающийся тем, что в качестве гидравлического вяжущего он содержит белый цемент при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Белый цемент - 15 - 20
Сульфоалюминат кальция - 75 - 77
Гипс - 5 - 8

РИСУНКИ

Рисунок 1