Тампонажный раствор
Владельцы патента RU 2261322:
Открытое акционерное общество "Акционерная нефтяная компания "Башнефть" (RU)
Изобретение относится к тампонажным растворам. Технический результат - повышение качества крепления скважин. Тампонажный раствор содержит, мас.ч. портландцемент 100, кубовый продукт производства гексила 20-40, вода 10-30. 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 (Данюшевский B.C. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам. - М.: Недра, 1987, с.53.).
Тампонажный раствор не обеспечивает необходимых сроков схватывания и прочности цементного камня.
Наиболее близким к предлагаемому составу по назначению и совокупности существенных признаков является тампонажный раствор, содержащий портландцемент, воду и нитритнатриясодержащую добавку -жидкость плотностью 1183 кг/м3, с концентрацией следующих реагентов, мас.%:
| нитрит натрия | - 15,2...22,3 |
| нитрат натрия | - 0,69...1,96 |
| сульфат натрия | - 4,76 |
| хлорид натрия | - 0,08...8,25 |
| карбонат натрия | - 0,40...1,57 |
При следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.:
| цемент | - 100 |
| указанная добавка | - 20...30 |
| вода | - 20...30 |
Недостатками известного тампонажного раствора являются его низкая пластичность (растекаемость) и короткое время схватывания, что приводит к существенному ухудшению прокачиваемости цементного раствора, нарушению сплошности цементного камня в кольцевом пространстве и как результат снижению качества крепления скважин.
Задачей изобретения является повышение качества крепления скважин за счет использования пластичного цементного раствора с регулируемым временем схватывания, обеспечивающим высокие прочностные и адгезионные свойства цементного камня.
Для решения указанной задачи тампонажный раствор, включающий портландцемент, воду и добавку, в качестве указанной добавки содержит кубовый продукт производства гексила при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.:
| портландцемент | - 100 |
| указанная добавка | 20...40 |
| вода | - 10...30 |
Кубовый продукт колонны №302 при производстве гексила, выпускаемого ОАО "Салаватнефтеоргсинтез", имеет следующий состав, мас.%:
| сульфат натрия (Na2SO4) | - 20,0...26,0 |
| нитрат натрия (NaNO3) | - 4,1...5,2 |
| нитрит натрия (NaNO2) | - 1,5...1,8 |
| гидроксид натрия (NaOH) | - 0,9...1,2 |
| гексил | - 0,2...0,5 |
| вода | остальное |
Достигаемый при осуществлении изобретения технический результат состоит в том, что введение кубового продукта производства гексила, являющегося многофункциональной добавкой к цементу, позволяет одновременно повышать пластичность (растекаемость) цементного раствора, сокращать время его схватывания, а также повышать прочностные и адгезионные свойства цементного камня. Повышение пластичности обусловлено присутствием в кубовом продукте производства гексила азотсодержащего органического соединения - гексила. Сокращение сроков схватывания происходит за счет взаимодействия сульфата натрия с гидроксидом кальция цементного раствора с образованием нерастворимого сульфата кальция - инициатора зародышеобразования кристаллической фазы цементного раствора:
Na2SO4+Са(ОН)2=CaSO4↓+NaOH
Присутствие нитрита натрия в кубовом продукте колонны №302 способствует увеличению прочностных и адгезионных свойств цементного камня.
Исследования показали, что кубовый продукт производства гексила целесообразно применять в количестве 20-40 мас.ч. к цементу. Меньшее количество (менее 20 мас.ч.) его в цементе не оказывает существенного влияния на время схватывания цементного раствора, а также прочностные и адгезионные характеристики цементного камня. Увеличение количества кубового продукта производства гексила в цементе (свыше 40 мас. ч.) существенно ускоряет время начала схватывания цементного раствора - до 1 ч, что является не приемлемым для проведения ремонтно-изоляционных и ремонтно-восстановительных работ в нефтяных и газовых скважинах.
Сравнение заявляемого тампонажного раствора с прототипом показывает, что предлагаемый состав обладает новой совокупностью реагентов и их количественным соотношением. Поэтому заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна".
Для проведения лабораторных исследований использовали портландцемент по ГОСТ 1581-91. Приготовление тампонажных растворов и определение их основных технологических параметров: растекаемость, время схватывания проводили согласно ГОСТ 26798.1-85; прочность цементного камня измерялась по ГОСТ 26798.2-85. Пластифицирующий эффект от предлагаемого тампонажного раствора оценивали по сравнению с бездобавочным цементным раствором (ПЭ1 или прототипом (ПЭ2) по формуле
Д1 - растекаемость предлагаемого тампонажного раствора;
Д2 - растекаемость бездобавочного тампонажного раствора (или прототипа) при одинаковом водоцементном отношении.
Цементный тампонажный состав готовился следующим образом. Кубовый продукт производства гексила смешивали с пресной водой и полученной смесью затворяли цемент. Для испытания было приготовлено несколько предлагаемых составов с различными соотношениями ингредиентов. Все измерения проводились при температуре 22±2°С.
В таблице приведены примеры приготовления тампонажных растворов и их показатели, здесь же для сравнения представлены характеристики состава по прототипу.
Как видно из таблицы, с увеличением количества кубового продукта производства гексила с 20 до 40 мас.ч в жидкости затворения увеличивается растекаемость цементного раствора, при этом пластифицирующий эффект предлагаемого раствора по сравнению с прототипом возрастает на 28-39%, а по сравнению с бездобавочным цементом - на 15-25%. Время начала схватывания изменяется в интервале 5-2 ч. Прочностные характеристики цементного камня остаются на высоком уровне. Оптимальные характеристики цементного раствора и цементного камня достигаются при добавлении кубового продукта производства гексила в количестве 30 мас.ч. к цементу. При этом предлагаемый тампонажный состав по сравнению с прототипом является высокопластичным (ПЭ2 составляет 33%), обладает оптимальным временем начала схватывания цементного раствора (3 ч), обеспечивает высокую прочность на изгиб/сжатие цементного камня (соответственно 5,2 и 14,1 МПа), а так же высокую адгезию его к породе, металлу и "старому" цементному камню (1,31; 1,55; 1,28 МПа).
Таким образом, применение предлагаемого цементного раствора в нефтегазодобывающей промышленности позволяет повысить качество цементирования и долговечность крепи скважины.
| Свойства цементного раствора и камня по предлагаемому и известному тампонажным составам | |||||||||||||
| Тампонажный раствор, мас. ч. | Время схватывания, ч-мин | Прочность цементного камня через 2 сут., МПа | Адгезия цементного камня через 2 сут., МПа | ПЭ1 % | ПЭ2, % | ||||||||
| №№ п/п | портландцемент ПЦТ 1-50 | вода пресная | кубовый продукт производства гексила | начало | конец | на изгиб | на сжатие | к породе | к металлу | к цементу | |||
| 1 | 100 | 30 | 20 | 23,0 | 5-00 | 7-00 | 4,9 | 13,5 | 1,03 | 1,15 | 1,15 | 15 | 28 |
| 2 | 100 | 25 | 25 | 24,0 | 4-30 | 6-00 | 5,2 | 14,3 | 1,20 | 1,22 | 1,23 | 20 | 33 |
| 3 | 100 | 20 | 30 | 24,0 | 3-00 | 5-00 | 5,2 | 14,1 | 1,31 | 1,55 | 1,28 | 20 | 33 |
| 4 | 100 | 10 | 40 | 25,0 | 2-00 | 3-00 | 5,0 | 13,4 | 1,25 | 1,43 | 1,16 | 25 | 39 |
| 5 | Прототип | 18,0 | 1-15 | 2-30 | 5,2 | 15,8 | 1,00 | 1,40 | 0,90 | отсутствует | |||
| 6 | 100 | 50 | 0 | 20,0 | 7-00 | 9-00 | 2,7 | 9,7 | 0,90 | 0,80 | 0,62 | ||
| ПЭ1 - пластифицирующий эффект по отношению к бездобавочному цементу | |||||||||||||
| ПЭ2 - пластифицирующий эффект по отношению к прототипу |
Тампонажный раствор, включающий портландцемент, воду и добавку, отличающийся тем, что в качестве указанной добавки он содержит кубовый продукт производства гексила, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Портландцемент | 100 |
| Кубовый продукт производства гексила | 20-40 |
| Вода | 10-30 |
