Расширяющийся тампонажный материал

 

Изобретение относится к строительству скважин, а именно к тампонажным материалам, предназначенным для цементирования нефтяных, газовых и других скважин. Расширяющийся тампонажный материал, включающий портландцемент, алюминиевую пудру, поверхностно-активное вещество и воду, в качестве поверхностно-активного вещества содержит сульфокислоты общей формулы R-SO_nH, где n = 3-4 и R = C_mH(_2m+1) или C_mH(_2m+1)-С₆Н₄, где m = 12-14, в ароматическом растворителе при следующем соотношении компонентов, маc. ч.: портландцемент 100, алюминиевая пудра 0,5-2,5, сульфокислоты общей формулы R-SO_nH, где n = 3-4 и R=C_mH(_2m+1) или C_mH(_2m+1)- С₆Н₄, где m = 12-14 0,4 -3, ароматический растворитель 1,6-8, вода 70-90. Технический результат - повышение качества изоляции и расширение диапазона сроков схватывания. 1 табл.

Изобретение относится к строительству скважин, а именно к тамнонажным материалам, предназначенным для цементирования нефтяных, газовых и других скважин.

Известен облегчающий тампонажный раствор для крепления скважин, включающий портландцемент, углеводородную жидкость, сульфитно-дрожжевую бражку, алюминиевую пудру, хлорид натрия и воду [1].

Недостатком известного раствора является его низкая расширяющая способность.

Известен способ цементирования скважин, включающий закачку тампонажного раствора, содержащего портландцемент, гидрофобизированную алюминиевую пудру и воду [2].

Положительным в известном способе является то, что раствор содержит повышенное количество алюминия до 0,5% от массы цемента, что позволяет при его использовании создавать расширение поглощающего раствора в трещинах в зоне поглощения.

Недостатком известного состава является то, что время загустевания составляет всего 40-50 минут, которого явно не достаточно для цементирования скважин глубиной более 1000 метров.

Наиболее близким техническим решением, взятым за прототип, является тампонажный раствор, включающий портландцемент, алюминиевую пудру, наполнитель, анионное и неионогенное поверхностно-активные вещества, пластификатор и воду [3].

Положительным в известном тампонажном растворе является повышенное содержание алюминиевой пудры, что создает предпосылки для получения расширяющегося цемента. Кроме того, для стабилизации раствора и образующейся микрогазовой фазы в раствор при его приготовлении вводят поверхностно-активные вещества.

Однако время загустевания, ограниченное 1,5 часами, не позволяет проникать раствору в глубокие трещины и надежно их изолировать, а также надежно изолировать зоны поглощения в глубоких скважинах.

В изобретении решается задача повышения качества изоляции за счет увеличения расширяющейся способности тампонажного материала и расширения диапазона срока схватывания.

Задача решается тем, что расширяющийся тампонажный материал, включающий портландцемент, алюминиевую пудру, поверхностно-активное вещество и воду, согласно изобретению содержит в качестве поверхностно-активного вещества сульфокислоты общей формулы R-SO_nH в ароматическом растворителе при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: Портландцемент - 100 Алюминиевая пудра - 0,5 - 2,5 Сульфокислоты общей формулы R-SO_nH - 0,4 - 3 Ароматический растворитель - 1,6 - 8 Вода - 70 - 90 Сущность изобретения При строительстве и ремонте скважин, проведении изоляционных работ происходит неполное перекрытие каналов и трещин. Существующие материалы не обеспечивают их надежное перекрытие. В изобретении решается задача повышения качества изоляции за счет увеличения расширяющейся способности тампонажного материала и расширения диапазона срока схватывания.

Задача решается тем, что расширяющийся тампонажный материал содержит в качестве поверхностно-активного вещества сульфокислоты общей формулы R-SO_nH в ароматическом растворителе при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: Портландцемент - 100 Алюминиевая пудра - 0,5 - 2,5
Сульфокислоты общей формулы R-SO_nH - 0,4 - 3
Ароматический растворитель - 1,6 - 8
Вода - 70 - 90
Существенными признаками изобретения являются
1. портландцемент;
2. алюминиевая пудра;
3. сульфокислоты общей формулы R-SO_nH;
4. ароматический растворитель;
5. вода.

Признаки 1, 2, 5 являются общими с прототипом, признаки 3, 4 являются существенными отличительными признаками изобретения.

Для придания гидрофильности гидрофобной алюминиевой пудре, обеспечения устойчивой взвеси алюминиевой пудры в воде и ее равномерного распределения в тампонажном материале при приготовлении суспензии алюминия в воду вводят поверхностно-активное вещество, в качестве которого используют сульфокислоты общей формулы R-SO_nH, где n = 3-4 и R = C_mH_(2m+1) или C_mH_(2m+1)-C₆H₄, m = 12-14. К таким сульфокислотам относятся и алкилсульфокислоты, и алкиларилсульфокислоты, и сульфоэфиры высших жирных спиртов, являющиеся полупродуктами в производстве моющих средств. В их состав входят, например, соединения:
C₁₂H₂₅-SO₃H - додецилсульфокислота,
C₁₄H₂₉-SO₃H - тетрадецилсульфокислота,
C₁₃H₂₇-C₆H₄-SO₃H - тридецилбензолсульфокислота,
C₁₂H₂₅-OSO₃H - додецилсульфат,
C₁₄H₂₉-OSO₃H - тетрадецилсульфат.

В качестве алюминиевой пудры предлагается алюминиевая пудра ПАП-1, выпускаемая по ГОСТ 5494-71.

Сульфокислоты перед смешиванием с алюминиевой пудрой растворяются в ароматическом растворителе, что обеспечивает последующее ее эмульгирование с водой и возможность регулирования скорости взаимодействия сульфокислот с алюминиевой пудрой. Изменением времени контакта сульфокислоты в ароматическом растворителе с водой достигается изменение скорости схватывания цемента в тампонажном материале. В качестве ароматического растворителя могут быть использованы, например, легкая пиролизная смола или бутилбензольная фракция Казанского объединения "Оргсинтез", побочный продукт производства стирола.

Легкая пиролизная смола содержит, вес.%:
Бензол - 27,4
Толуол (метилбензол) - 13,9
Ксилолы (диметилбензол) - 17,8
Этилбензол - 2,0
Изопропилбензол - 1,8
Стирол + кумол + псевдокумол - 10,6
Этилметилбензол - 3,0
Альфаметилстирол - 1,6
Гексан-гептан - 5,3
Изопарафины C₇-C₉ - 8,3
Нонан - 7,3
Побочный продукт производства стирола содержит, вес.%:
Толуол - 10 - 15
Этилбензолы - 51 - 64
Изопропилбензол - 8 -12
Метилэтилбензол - 3 - 4
1,2-Диметил-4-этилбензол и др. - 2 - 5
Бутилбензольная фракция содержит, вес.%:
Бутилбензол - 60 - 75
Изопропилбензол - 9 - 15
Полиалкилбензолы - 10 - 25
Псевдокумол и др. - 8 - 13
Расширяющийся тампонажный материал готовят смешением компонентов.

Результаты по определению времени схватывания тампонажного материала и величины увеличения объема приведены в таблице
Наиболее оптимальным составом является композиция, содержащая компоненты в следующем составе, мас.%:
Портландцемент - 100
Сульфокислоты общей формулы R-SO_nH - 0,6
Алюминиевая пудра - 1
Ароматический растворитель - 3,2
Вода - 90
Примеры конкретного выполнения
Пример 1. Смешивают (мас.%) додецилсульфокислоту - 0,4 и бутилбензольную фракцию - 1,6, перемешивают в течение 5 мин, затем вводят воду - 40 и перемешивают 10 мин, после чего вводят алюминиевую пудру - 0,5, перемешивают 10 мин и оставляют в покое. Через 30 мин вводят тампонажный портландцемент ПЦТ-Д20-50ПО - 100 и воду - 40. Все тщательно перемешивают 30 мин.

Пример 2. Смешивают (мас. %) смесь додецилсульфокислоты и тетрадецилсульфокислоты - 1,6 и легкую пиролизную смолу - 4,2, перемешивают в течение 5 мин, затем вводят воду - 30 и перемешивают 10 мин, после чего вводят алюминиевую пудру - 1,5, перемешивают 10 мин и оставляют в покое. Через 6 час вводят тампонажный портландцемент ПЦТ-Д20-50ПО - 100 и воду - 50. Все тщательно перемешивают 30 мин.

Пример 3. Смешивают (мас. %) тетрадецилсульфат - 3 и побочный продукт стирола - 8, перемешивают в течении 5 мин, затем вводят воду - 40 и перемешивают 10 мин, после чего вводят алюминиевую пудру - 2,5, перемешивают 10 мин и оставляют в покое. Через 60 мин вводят тампонажный портландцемент ПЦТ-Д20-50ПО - 100 и воду - 50. Все тщательно перемешивают 30 мин.

Приготовленный тампонажный материал закачивают в интервалы пласта, требующие изоляции, зоны поглощения.

Применение предлагаемого расширяющегося тампонажного материала позволит значительно увеличить качество изоляционных работ.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:
1. Авторское свидетельство СССР N 1090849, кл E 21 B 33/138, опубл. 1983 г.

2. Авторское свидетельство СССР N 1434080, кл. E 21 B 33/13, опубл. 1988 г.

3. RU, Патент N 2078906, кл. E 21 B 33/138, 1997. - прототип.

Формула изобретения

Расширяющийся тампонажный материал, включающий портландцемент, алюминиевую пудру, поверхностно-активное вещество и воду, отличающийся тем, что в качестве поверхностно-активного вещества он содержит сульфокислоты общей формулы R-SO_nH, где n = 3 - 4 и R = C_mH_(2m+1) или C_mH_(2m+1)-C₆H₄, где m = 12-14, в ароматическом растворителе при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Портландцемент - 100
Алюминиевая пудра - 0,5 - 2,5
Сульфокислоты общей формулы R-SO_nH, где n = 3 - 4 и R = C_mH_(2m+1) или C_mH_(2m+1)-C₆H₄, где m = 12-14 - 0,4 - 3
Ароматический растворитель - 1,6 - 8
Вода - 70 - 90

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2