Реагент для тампонажных растворов, тампонажный раствор

Изобретение относится к строительству нефтяных и газовых скважин. Технический результат - создание эффективного реагента для тампонажного раствора, не влияющего на его реологические характеристики, позволяющего получать тампонажный раствор плотностью до 2,0 г/см³, обеспечивающий формирование прочного камня с повышенной стойкостью к деформации. Реагент для тампонажного раствора на минеральном вяжущем, включающий гидроксихлорид алюминия, дополнительно содержит аморфный оксид алюминия, или гидроксид алюминия, или их смесь при следующем отношении компонентов, мас.ч.: гидроксихлорид алюминия 40-60; аморфный оксид алюминия, или гидроксид алюминия, или их смесь 40-60. Тампонажный раствор содержит цемент, воду и указанный реагент в количестве от 0,5 до 3,0% от массы цемента. Дополнительно указанный тампонажный раствор может содержать в мас.% от цемента: понизитель водоотдачи 0-0,8, пластификатор 0-0,5, пеногаситель 0-0,5. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области крепления нефтяных и газовых скважин, а именно к добавкам, улучшающим технологические показатели тампонажных растворов.

Известен реагент для тампонажного раствора, содержащий 99,5-99,9 мас.ч. аморфного оксида алюминия и 0,1-0,5 мас.ч. расширяющей добавки ИР-1, а также тампонажный раствор с указанным реагентом. Аморфный оксид алюминия является тонкодисперсным пылящим порошком, поэтому смешивание его с расширяющей добавкой и равномерное распределение в среде тампонажного раствора весьма затруднительны. При использовании данного реагента эффект расширения и набор прочности цементного камня наблюдаются только во время и после ОЗЦ. По этим причинам прочность образовавшегося камня во многих случаях оказывается ниже ожидаемой (пат. РФ 2268989).

Известна тампонажная добавка, включающая гидрооксихлориды алюминия (пат. РФ 2224876). При использовании данной добавки расширение и набор прочности цементного камня обеспечиваются лишь в начальный период его формирования (до ОЗЦ), в дальнейшем они практически не изменяются. Кроме того, гидроксихлориды алюминия загущают тампонажную смесь, ухудшают ее реологические характеристики, не обладают пластифицирующим эффектом. Поэтому как прочностные, так и деформационные характеристики цементного камня также недостаточно высоки.

Известно об использовании аморфного оксида алюминия в сочетании с гидрооксихлоридами алюминия в составе структурообразователя комплексного реагента для тампонажных растворов и тампонажный раствор с комплексным реагентом (пат. РФ 2259468). Согласно изобретению максимальная добавка структурообразователя в тампонажном растворе составляет менее 0,4% от массы цемента. Такая добавка не обеспечивает получение прочного однородного цементного камня.

Наиболее близким техническим решением является комплексный реагент для тампонажных растворов, состоящий из гидроксихлоридов и сульфата алюминия (пат. РФ 2213204).

Недостатками реагента являются: 1) отрицательное влияние на реологические характеристики тампонажного раствора: загущение (ухудшение текучести, растекаемости, прокачивания), отсутствие пластифицирующего эффекта, поэтому данный реагент годится для приготовления только легких (облегченных) тампонажных растворов; 2) набор прочности тампонажного камня происходит лишь в начальный период его формирования (до ОЗЦ); 3) низкие деформационно-прочностные характеристики.

Задачей изобретения является разработка реагента для тампонажных растворов, не влияющего на их реологические характеристики, позволяющего получать растворы плотностью до 2,0 г/см³, и тампонажного раствора, обеспечивающего формирование прочного цементного камня повышенной деформируемости.

Сущность изобретения заключается в том, что реагент для тампонажного раствора на минеральном вяжущем, включающий гидрооксихлориды алюминия, дополнительно содержит аморфный оксид алюминия, или гидроксид алюминия, или их смеси при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

гидроксихлориды алюминия 40-60

аморфный оксид алюминия, или

гидроксид алюминия, или их смеси 40-60.

Тампонажный раствор содержит цемент, воду и заявляемый реагент в количестве от 0,5 до 3,0% от массы цемента.

Дополнительно указанный тампонажный раствор может содержать понизитель водоотдачи до 0,8 мас.% от массы цемента; пластификатор до 0,5 мас.% от массы цемента; пеногаситель до 0,5 мас.% от массы цемента.

В качестве гидрооксихлоридов алюминия могут использоваться неорганические соли - соединения алюминия: гидроксихлорид, тетрагидрооксихлорид, пентагидрооксихлорид или их смеси. Может быть использован полиоксихлорид алюминия, выпускаемый под торговой маркой «Аква-Аурат™30» (ТУ 6-09-05-1456-96).

В качестве понизителя водоотдачи могут использоваться метилцеллюлоза (МЦ) и оксиэтилцеллюлоза (ОЭЦ, Сульфацелл).

Пластификаторами цемента могут служить реагенты С-3, СП и НТФ; пеногасителями - известные реагенты ТБФ, Лапрол, ПЭС-1 и др.

Новая совокупность известных компонентов в пределах их содержания в смеси обеспечивает новый технический результат:

- добавка реагента не загущает тампонажный раствор и позволяет получать растворы плотностью до 2,0 г/см³;

- набор прочности цементного камня происходит быстро, на всех этапах его формирования (до, во время и после ОЗЦ) и приводит к получению прочного однородного камня. Повышение прочности обеспечивается также снижением контракционного эффекта, равномерным распределением реагента и регулированием размеров пор. Синергетический эффект взаимодействия заявляемых компонентов друг с другом и их оптимальная концентрация в составе тампонажной смеси также способствуют получению цементного камня большей прочности, чем при использовании реагентов по прототипу и аналогам;

- аморфная окись, гидроксид алюминия и их смеси в заявленных соотношениях легко смешиваются с гидроксихлоридами алюминия и полученный реагент также легко и равномерно распределяется в составе тампонажного раствора.

Реагент готовят путем смешивания расчетных количеств гидроксихлоридов алюминия с аморфной окисью, или гидроксидом алюминия, или их смесью. Реагент вводят в сухой цемент или в тампонажный раствор, который готовят известным способом затворения цемента водой. Может использоваться как бездобавочный цемент, например марки ПЦТ-1, ПЦТ 1 G, так и добавочный облегченный или утяжеленный.

Примеры приготовления реагента.

Реагент №1 (Р-1). Для приготовления реагента Р-1 к 40 мас.ч. смеси гидроксихлорида алюминия и пентагидроксихлорида алюминия добавляют 60 мас.ч. смеси аморфного оксида алюминия и гидроксида алюминия (в соотношении 1:99) и перемешивают в течение 5-10 мин.

Реагент №2 (Р-2). Для приготовления реагента Р-2 к 50 мас.ч. полигидроксихлорида алюминия «Аква-Аурат™30» добавляют 50 мас.ч. гидроксида алюминия и перемешивают в течение 5-10 мин.

Реагент №3 (Р-3). Для приготовления реагента Р-3 к 60 мас.ч. гидроксихлорида алюминия добавляют 40 мас.ч. аморфной окиси алюминия и перемешивают в течение 5-10 мин.

Реагент №4 (Р-4). Для приготовления реагента Р-4 к 50 мас.ч. смеси гидроксихлорида алюминия, тетра- и пентагидроксихлорида алюминия добавляют 50 мас.ч. смеси аморфного оксида алюминия и гидроксида алюминия (в соотношении 99:1) и перемешивают в течение 5-10 мин.

Примеры приготовления тампонажного раствора.

Пример 1. На 100 мас.ч. цемента берут 40 мас.ч. воды и 0,5 мас.ч. реагента Р-1. Раствор тщательно перемешивают.

Полученный тампонажный раствор и камень испытывают согласно существующим ГОСТам. Результаты испытаний представлены в таблице, опыт 1.

Пример 2. На 100 мас.ч. цемента берут 50 мас.ч. воды и 2 мас.ч. реагента Р-2. Раствор тщательно перемешивают.

Полученный тампонажный раствор и камень испытывают согласно существующим ГОСТам. Результаты испытаний представлены в таблице, опыт 2.

Пример 3. На 100 мас.ч. цемента берут 40 мас.ч. воды и 3 мас.ч. реагента Р-3. Раствор тщательно перемешивают.

Полученный тампонажный раствор и камень испытывают согласно существующим ГОСТам. Результаты испытаний представлены в таблице, опыт 3.

Пример 4. На 100 мас.ч. цемента берут 40 мас.ч. воды и 2 мас.ч. реагента Р-4. Раствор тщательно перемешивают.

Полученный тампонажный раствор и камень испытывают согласно существующим ГОСТам. Результаты испытаний представлены в таблице, опыт 4.

Пример 5. На 100 мас.ч. цемента берут 50 мас.ч. воды, 0,5 мас.ч. реагента Р-1, 0,2 мас.ч. ОЭЦ и 0,01 мас.ч. ТБФ. Раствор тщательно перемешивают.

Полученный тампонажный раствор и камень испытывают согласно существующим ГОСТам. Результаты испытаний представлены в таблице, опыт 5.

Пример 6. На 100 мас.ч. цемента берут 50 мас.ч. воды; 1 мас.ч. реагента Р-2; 0,8 мас.ч. МЦ и 0,05 мас.ч Лапрола. Раствор тщательно перемешивают.

Полученный тампонажный раствор и камень испытывают согласно существующим ГОСТам. Результаты испытаний представлены в таблице, опыт 6.

Пример 7. На 100 мас.ч. цемента берут 50 мас.ч. воды; 1 мас.ч. реагента Р-3; 0,4 мас.ч. Сульфацелла; 0,2 мас.ч. С-3 и 0,5 мас.ч. Лапрола. Раствор тщательно перемешивают.

Полученный тампонажный раствор и камень испытывают согласно существующим ГОСТам. Результаты испытаний представлены в таблице, опыт 7.

Пример 8. На 100 мас.ч. утяжеленного цемента берут 40 мас.ч. воды; 1 мас.ч. реагента Р-4; 0,5 мас.ч. НТФ; 0,02 мас.ч. Лапрола. Раствор тщательно перемешивают.

Полученный тампонажный раствор и камень испытывают согласно существующим ГОСТам. Результаты испытаний представлены в таблице, опыт 8.

Пример 9. На 100 мас.ч. облегченного цемента берут 67 мас.ч. воды; 3 мас.ч. реагента Р-2; 0,4 мас.ч. Сульфацелла и 0,3 мас.ч. СП. Раствор тщательно перемешивают.

Полученный тампонажный раствор и камень испытывают согласно существующим ГОСТам. Результаты испытаний представлены в таблице, опыт 9.

1. Реагент для тампонажного раствора на минеральном вяжущем, включающий гидроксихлорид алюминия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит аморфный оксид алюминия или гидроксид алюминия, или их смесь при следующем отношении компонентов, мас.ч.:

гидроксихлорид алюминия	40-60
аморфный оксид алюминия или гидроксид алюминия, или
их смесь	40-60

2. Тампонажный раствор, включающий цемент, воду и реагент, содержащий гидроксихлорид алюминия, отличающийся тем, что в качестве указанного реагента он содержит реагент по п.1 в количестве от 0,5 до 3,0% от массы цемента.

3. Тампонажный раствор по п.2, отличающийся тем, что он дополнительно содержит, мас.% от массы цемента:

понизитель водоотдачи	0-0,8
пластификатор	0-0,5
пеногаситель	0-0,5