Тампонажный раствор



Владельцы патента RU 2707837:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" (RU)

Изобретение относится к области строительства скважин, в частности к тампонажным растворам для цементирования обсадных колонн, газоконденсатных и нефтяных скважин, осложненных наличием слабосвязанных, склонных к гидроразрыву многолетних мерзлых пород. Техническим результатом является создание состава с улучшенными эксплуатационными характеристиками и повышенной активностью расширяющего компонента, повышающего адгезионные свойства тампонажного камня, снижающего его деформационные свойства в широком диапазоне температур. Тампонажный раствор, содержащий тампонажный портландцемент, расширяющий компонент и 4%-ный водный раствор хлорида кальция, дополнительно содержит микросилику, а в качестве расширяющегося компонента используют оксид кальция, при следующем соотношении компонентов, мас. %: оксид кальция 10-15, микросилика 12-16, 4%-ный раствор хлористого кальция 0,6-0,7, тампонажный портландцемент - остальное. 1 табл.

 

Изобретение относится к области строительства и обслуживания скважин, в частности к тампонажным растворам для цементирования обсадных колонн, газоконденсатных и нефтяных скважин, осложненных наличием слабосвязанных, склонных к гидроразрыву многолетних мерзлых пород.

Известен тампонажный раствор (патент РФ №2315077, опубликован 20.01.2008), содержащий портландцемент, воду и пластификатор - алкилбензилметиламин хлорид и поливинилпирролидон при следующем соотношении компонентов мас. %: портландцемент - 66, алкилбензилметиламин хлорид от 0,1 до 0,3, поливинилпирролидон - 0,2, вода - остальное.

К недостатку данного состава следует отнести отсутствие необходимого коэффициента расширения тампонажного камня.

Известен расширяющийся тампонажный раствор с регулируемыми технологическими свойствами (патент РФ №2536725, опубликован 27.12.2014), содержащий жидкость затворения - воду и основу, состоящую из портландцемента тампонажного, гидрооксиэтилцеллюлозы, пластификатора поликарбоксилата, полигликоля ПЛАСТЭК ПГ-07, хлорида кальция, алюмосиликатной пуццолановой добавки метакаолина, диабазовой муки и расширяющей добавки - продукта совместного помола отхода доменного шлака и негашеной извести ДРС-НУ среднего химического состава, мас. %: CaO+MgO от 72 до 91; SiO2 от 7 до 23; Al2O3 от 0 до 4; Fe2O3 от 0 до 2,5; прочие примеси от 0 до 4,5, при следующем соотношении ингредиентов, мас. %: портландцемента тампонажного от 93,70 до 93,85; гидроксиэтилцеллюлозы от 0,15 до 0,23; пластификатора поликарбоксилата от 0,8 до 0,12; полигликоля ПЛАСТЭК ПГ-07 от 0,02 до 0,06; расширяющей добавки ДРС-НУ от 3,95 до 4,0; метакаолина от 0,45 до 0,54; диабазовой муки от 1,05 до 1,26; хлорида кальция от 0,45 до 1,0. Содержание воды в растворе обеспечивает водосмесевое соотношение с основой от 0,45 до 0,55.

Недостатком состава является незначительное расширение тампонажного раствора и камня и низкая прочность контакта тампонажного камня с металлом обсадных труб и горными породами.

Известен тампонажный раствор (патент РФ №2471846, опубликован 10.01.2013), включающий тампонажный портландцемент, понизитель водоотдачи, пластификатор и структурообразователь, причем в качестве структурообразователя раствор содержит микрокремнезем МК-85 и раствор хлорида кальция, в качестве понизителя водоотдачи - натросол 250 EXR, в качестве пластификатора - окзил-см при следующем соотношении компонентов, мас. %: портландцемент тампонажный от 58,46 до 60,64; микрокремнезем МК-85 от 1,19 до 1,24; раствор CaCl2 от 32,81 до 34,04; натросол 250 EXR от 2,62 до 2,72; окзил-см от 1,36 до 4,92.

К недостатку данного состава следует отнести отсутствие необходимого коэффициента расширения тампонажного камня, и низкий уровень агдезии камня с колонной, приводящее к межколонным перетокам, а также пониженную прочность цементного камня.

Известен тампонажный раствор (патент РФ №2441897, опубликован 10.02.2012), содержащий цемент, гидроксиэтилцеллюлозу, пластификатор, пеногаситель и дополнительно синтетические волокна диаметром от 0,001 до 0,1 длиной от 1 до 20 мм, расширяющую добавку при следующем соотношении, мас. ч: цемент - 100; гидроксиэтилцеллюлоза от 0,2 до 0,4; пластификатор от 0,1 до 0,5; пеногаситель - 0,2; синтетические волокна от 0,1 до 4; расширяющая добавка от 0,1 до 20; вода от 49 до 51.

Недостатком данного состава является значительная усадка цементного камня при затвердевании, что приводит к ухудшению качества цементирования скважин и их поверхностных слоев.

Известен облегченный тампонажный раствор (патент РФ №2151271, опубликован 20.06.2000), принятый за прототип, содержащий тампонажный портландцемент, облегчающий материал - алюмосиликатные полые микросферы, расширяющий компонент - карбоалюминатную добавку в смеси с гипсом, воду или 4% водный раствор CaCl2. Тампонажный раствор содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас. %: портландцемент тампонажный от 36,47 до 57,34; алюмосиликатные полые микросферы от 6,47 до 17,65; карбоалюминатная добавка от 1,18 до 2,67; гипс от 1,18 до 2,67; вода или 4%-ный раствор хлорида кальция - остальное. Состав имеет плотность от 1240 до 1580 кг/см3, прочность камня на изгиб от 1,0 до 2,8 МПа. Расширение камня через двое суток до 0,22%.

Недостатком данного раствора является гравитационное разделение фаз во время процесса затвердевания, что приводит к неоднородности поверхности, и локальным разрушениям при последующей эксплуатации скважин. Повышение седиментационной устойчивости путем снижения водоцементного отношения (В/Ц) или увеличение содержания микросфер приводит к ухудшению реологических свойств растворов и трещинообразованию в цементном камне по поверхности скважины.

Техническим результатом является повышение прочности тампонажного раствора при улучшении его эксплуатационных характеристик и повышении активности расширяющего компонента, повышающего адгезионные свойства тампонажного камня, снижающего его деформационные свойства в широком диапазоне температур.

Технический результат достигается тем, в качестве расширяющегося компонента тампонажный раствор содержит оксид кальция, при этом он дополнительно содержит микросилику при следующем соотношении компонентов, мас. %:

оксид кальция 10-15
микросилика 12-16
тампонажный портландцемент ПТЦ-1-50 - остальное,

а содержание 4%-ого водного раствора хлорида кальция в тампонажном растворе обеспечивает соотношение водной смеси с основой от 0,6 до 0,7.

Заявляемый тампонажный состав включает в себя следующие реагенты и товарные продукты, их содержащие:

Оксид кальция от 10 до 15, выпускаемый по ГОСТ 8677-76.

Микросилика от 12 до 16, выпускаемый по ГОСТ Р 56178-2014.

Тампонажный портландцемент ПТЦ-1-50 - остальное, выпускаемый по ГОСТ 1581-96.

4%-ого водного раствора хлорида кальция, выпускаемый по ГОСТ ГОСТ 450-77, в тампонажном растворе обеспечивает соотношение водной смеси с основой от 0,6 до 0,7.

Выбранный состав тампонажного раствора для крепления скважин в криолитозоне повышает прочность и расширение цементного камня, при этом предложенный состав обладает повышенной седиментационной устойчивостью и морозоустойчивостью. Предлагаемый состав тампонажного раствора для крепления обсадных колонн в криолитозоне отвечает предъявляемым требованиям к цементному камню, применяемому при креплении скважин в условиях многолетних мерзлых пород.

Основой тампонажного раствора для крепления скважин в криолитозоне является тампонажный портландцемент ПТЦ-1-50. Как известно, портландцемента схватываются и твердеют с общим уменьшением объема. В строительстве данная проблема решается введением инертных наполнителей и заполнителей. В предлагаемом изобретении в качестве расширяющегося тампонажного материала вводят оксид кальция в количестве от 10 до 15 мас. %. Кроме того, добавка оксида кальция используются для предотвращения деструктивных процессов в формируемом цементном камне. Добавка позволяет создавать кристаллизационное давление, которое образуется при кристаллизации труднорастворимых гидроксидов во время гидратации. Наиболее оптимальное содержание оксида кальция в тампонажном растворе (для достижения максимальной прочности раствора) от 10 до 15% мас. При введении оксида кальция менее 10% мас. добавка оказывает незначительное влияние на сроки схватывания и прочность цемента. При введении оксида кальция более 15% мас. значительно снижается прочность камня на изгиб.

Микросилика добавляется в качестве концентрата наноструктур, при введении которой увеличивается прочность цементного камня на сжатие и изгиб, его морозостойкость, а также снижается его проницаемость. Использование микросилики в составе тампонажного раствора для крепления скважин в криолитозоне приводит к значительному уплотнению цементного камня и соответственному улучшению его механических свойств. Кроме того, модификация материала микросилики стабилизирует важнейшие валентные взаимодействия Са - Si - Н, ответственные за связность бетона, уменьшая вымывание кальция и увеличивая его влагоустойчивость.

Проведенные эксперименты позволили установить наиболее оптимальное содержание микросилики в тампонажном растворе (для достижения максимальной прочности растворов) от 12 до 16% мас. Тампонажный раствор с добавками микросилики в предложенном диапазоне характеризуется седиментационной устойчивостью, а цементный камень с добавками микросилики в предложенном диапазоне обладает низкой проницаемостью. При добавлении микросилики наблюдается также повышение плотности и снижение пористости цементного камня, что, как следствие, приводит к улучшению его водонепроницаемости и коррозионной стойкости. Добавка микросилики менее 12% мас. недостаточно увеличивает прочность тампонажного раствора. При повышении содержания микросилики в составе тампонажного раствора более 16% мас. происходит растрескивания образцов, при этом значительно снижается морозостойкость цементного камня.

4%-ый водный раствор хлорида кальция добавляют в качестве ускорителя сроков твердения. Содержание 4%-ого водного раствора хлорида кальция в тампонажном растворе обеспечивает соотношение водной смеси с основой от 0,6 до 0,7. Подобранный диапазон соотношения водной смеси с основой позволяет получить тампонажный раствор без оказания отрицательного влияния на прочностные характеристики формирующегося расширяющегося цементного камня.

Тампонажный раствор при граничных значениях оксида кальция от 10 до 15% мас., микросилики от 12 до 16% мас., тампонажного портландцемента ПТЦ-1-50, при соотношение водной смеси с основой от 0,6 до 0,7, за счет добавки 4%-ого водного раствора хлорида кальция, имеет плотность от 1920 до 1990 кг/м3 и характеризуется значительным расширением формирующегося из него камня, а также увеличением прочности.

Приготовление расширяющегося тампонажного раствора осуществляют следующим образом. Во время приготовления тампонажного раствора оксид кальция и микросилику смешивали с портландцементом ПЦТ-1-50 в сухом виде при различных соотношениях. В качестве жидкости затворения использовалась 4%-ый водный раствор хлорида кальция. Затворение тампонажной суспензии осуществлялось в соответствии с ГОСТ 1581-96. После чего определялось влияние количества вводимой микросилики и оксида кальция на плотность, сроки схватывания тампонажного раствора, прочность и расширение формирующегося из него тампонажного камня. Определение основных свойств тампонажного раствора и камня проводили при температуре (20±2)°С в соответствии с ГОСТ 26798.1-96 «Цементы тампонажные. Методы испытаний».

Способ поясняется следующими примерами.

Пример 1. Для приготовления 1 кг тампонажного раствора использовали 780 г (78 мас. %:) тампонажного цемента ПТЦ-1-50, затем смешивали с 100 г оксида кальция (10 мас. %), и с 120 г микросилики (12 мас. %), после чего добавляли 4%-ый раствор хлорида кальция в количестве, обеспечивающим соотношение водной смеси с основой равное 0,6. После чего полученный состав перемешивали 3 минуты, затем определяли плотность и растекаемость тампонажного раствора. После чего раствор заливали в формы для определения сроков схватывания. Камень испытывали на прочность через 2, 7 и 14 суток и на расширение через 2, 7 и 14 суток.

Примеры 2-8. Приготовление и испытания остальных тампонажных растворов, представленных в табл. 1, аналогичны.

Данные о составе исследованных тампонажных растворов и данные о свойствах тампонажных растворов, затворенных по заявляемой рецептуре, приведены в таблице 1. Как видно из данных таблицы 1, предлагаемые тампонажные растворы характеризуются улучшенными значениями показателей основных технологических свойств, а именно, прочность цементного камня и расширение цементного камня.

Таким образом, как показано в вышеприведенном описании изобретения, достигается технический результат, заключающийся в повышение прочности тампонажного раствора при улучшении его эксплуатационных характеристик и повышении активности расширяющего компонента, повышающего адгезионные свойства тампонажного камня, снижающего его деформационные свойства в широком диапазоне температур.

Предложенное техническое решение может быть использовано при цементировании обсадных колонн газовых, газоконденсатных и нефтяных скважин, осложненных наличием слабосвязанных, склонных к гидроразрыву многолетних мерзлых пород.

Тампонажный раствор, содержащий тампонажный портландцемент ПЦТ-1-50, расширяющий компонент и 4%-ный водный раствор хлорида кальция, отличающийся тем, что в качестве расширяющегося компонента тампонажный раствор содержит оксид кальция, при этом он дополнительно содержит микросилику при следующем соотношении компонентов, мас. %:

оксид кальция 10-15
микросилика 12-16
тампонажный портландцемент -ПЦТ-1-50 остальное,

а содержание 4%-ного водного раствора хлорида кальция в тампонажном растворе обеспечивает отношение водной смеси с основой от 0,6 до 0,7.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к добыче сырой нефти. Технический результат - улучшение подвижности тяжелой сырой нефти в подземном пласте.

Изобретение относится к области защиты металлов в нефтедобывающей промышленности и может найти применение при подавлении роста сульфатвосстанавливающих бактерий (СВБ) и ингибировании микробиологической коррозии в емкостном оборудовании систем сбора и подготовки нефти.
Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, конкретно к разработке месторождений со слабосцементированным коллектором. В способе полимерного заводнения в слабосцементированном коллекторе, включающем закачку в нагнетательные скважины водного раствора полимера заданной концентрации, применяют в 1,5-2 раза более плотную сетку скважин, чем при закачке воды, до начала закачки осуществляют отработку нагнетательных скважин в течение не менее 3-х месяцев, после чего начинают закачку водного раствора полимера при начальной концентрации полимера не более 30% от заданной, постепенно повышая концентрацию полимера до заданной, обеспечивая при этом требуемый уровень приемистости нагнетательных скважин в пределах максимально допустимого забойного давления, а для приготовления водного раствора полимера используют высокомолекулярные синтетические полимеры, обладающие псевдопластическими свойствами.

Группа изобретений относится к области биотехнологии. Предложены способ уменьшения концентрации акриловой кислоты в водном растворе акриламида, способ получения водного раствора акриламида (варианты).

Изобретение относится к способу получения хелатообразующего агента согласно общей формуле (I) который содержит по меньшей мере одно соединение общих формул (IIIa)-(IIIb) где R1 выбирают из С1-С4-алкила, X1 представляет собой (MxH1-x), причем М выбирают из щелочного металла, х находится в интервале от 0,6 до 1.

Изобретение относится к способам ингибирования образования газовых гидратов в различных углеводородсодержащих жидкостях и газах, содержащих воду и гидратообразующие агенты, и может быть использовано в процессах добычи, переработки и транспортировки углеводородного сырья для предотвращения образования газовых гидратов.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности. Технический результат - увеличение коэффициента извлечения нефти как на ранней стадии разработки, так и на выработанных месторождениях за счет повышения эффективности теплового воздействия на пласт с одновременным снижением материальных затрат и экономией энергоресурсов, расширение технологических методов теплового воздействия на продуктивный пласт.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к составам для изоляции водопритоков в добывающих скважинах, регулирования охвата обрабатываемого пласта и профиля приемистости нагнетательных скважин.

Изобретение относится к разработке нефтяных месторождений и может найти применение при разработке нефтяной залежи с неоднородными по проницаемости заводненными пластами для ограничения водопритока в добывающей скважине, на которой осуществляется паротепловое воздействие.

Группа изобретений относится к способу обеспечения отклонения подземного пласта. Указанный способ включает по меньшей мере одну стадию введения в подземный пласт водного раствора, содержащего по меньшей мере один термочувствительный сополимер a) по меньшей мере одного водорастворимого мономера, содержащего по меньшей мере одну ненасыщенную функциональную группу, способную к полимеризации с образованием водорастворимой главной цепи, и b) по меньшей мере одного макромономера формулы (I).

Группа изобретений относится к способу получения карбонатного связанного прессованного в пресс-форме изделия. Способ включает стадии получения дисперсного материала, который является карбонатизируемым и который содержит воду, прессования в пресс-форме дисперсного материала для получения уплотненной заготовки и карбонатизирования дисперсного материала в упомянутой уплотненной заготовке для получения карбонатов при преобразовании уплотненной заготовки в упомянутое карбонатное связанное прессованное в пресс-форме изделие.

Изобретение относится к строительным растворам. Двухкомпонентный строительный раствор для химического крепления конструктивных элементов в сверленых отверстиях, выполненных в минеральном основании, со смоляным компонентом (А), содержащим в качестве отверждаемого ингредиента по меньшей мере одну радикально отверждаемую смолу, и отверждающим компонентом (В), содержащим отвердитель для указанной радикально отверждаемой смолы смоляного компонента (А), где указанная смола получаема взаимодействием по меньшей мере бифункционального компонента, содержащего две или более реакционноспособные группы (RG-A), с силановым промежуточным соединением и этиленненасыщенным соединением, указанное силановое промежуточное соединение и указанное этиленненасыщенное соединение соответственно содержат активные функциональные группы (AG), реагирующие с указанными реакционноспособными группами (RG-A) с образованием ковалентной связи, указанным силановым промежуточным соединением является продукт взаимодействия циклического органического соединения с функционализованным силановым соединением, содержащим по меньшей мере одну реакционноспособную группу (RG-B), указанное циклическое органическое соединение содержит указанную активную функциональную группу (AG) или ее предшественницу и реакционноспособную группу (RG-C), которая реагирует с указанной реакционноспособной группой (RG-B) указанного функционализованного силанового соединения с образованием указанного силанового промежуточного соединения, и указанное силановое промежуточное соединение используют в смоляном компоненте (А) в количестве, составляющем по меньшей мере около 2% масс.

Изобретение может быть использовано в строительстве при изготовлении строительных смесей, связующих композиций. Твердая дисперсная композиция нитрата кальция включает частицы со средним размером от 0,1 до 1 мм и содержит антислеживающий агент, состоящий из твердого дисперсного соединения.

Изобретение относится к гидравлическому вяжущему, содержащему: по меньшей мере 70 вес.% твердого минерального соединения, состоящего из по меньшей мере одной смеси оксида кремния, оксида алюминия и оксидов щелочноземельных металлов, причем полное содержание CaO и MgO составляет по меньшей мере 10 вес.% твердого минерального соединения, и активирующую систему, по меньшей мере 30 вес.% которой составляет соль фосфорной кислоты.

Изобретение относится к области цементирования обсадных колонн в нефтяных, газовых и газоконденсатных скважинах, вскрывающих пласты с полиминеральными водами высокой степени минерализации, может быть также использовано для цементирования колонн в одну ступень одним составом в терригенных отложениях при наличии пресных или слабоминерализованных вод, в интервалах карбонатно-галогенных отложений, установки изоляционных цементных мостов.

Группа изобретений относится к ускорителю затвердевания и схватывания для гидравлических вяжущих, к способу ускорения затвердевания и схватывания гидравлических вяжущих и к применению указанного ускорителя затвердевания и схватывания в гидравлических вяжущих, более конкретно в торкрет-бетоне или в строительной торкрет-смеси.

Изобретение относится к новой несамовыравнивающейся, сверхвысокопрочной гидравлической композиции, которую можно использовать для изготовления деталей из бетона за одну стадию независимо от их формы или профиля, не прибегая к стадии сборки.

Группа изобретений относится к настилу или покрытию для пола. Технический результат - получение блестящей/полублестящей гладкой, механически и химически устойчивой поверхности настила для пола.

Изобретение относится к составу гребенчатого полимера, который используют для увеличения скорости потока и/или для уменьшения вязкости композиции минерального вяжущего вещества, где гребенчатый полимер содержит основную цепь, содержащую кислотные группы, и боковые цепи, присоединенные к основной цепи, причем среднечисленная молекулярная масса (Μn) всех боковых цепей составляет от 120 до 1000 г/моль и молярное отношение кислотных групп к боковым цепям составляет от 0,8 до 1,6.

Изобретение относится к составу гребенчатого полимера, который используют для увеличения скорости потока и/или для уменьшения вязкости композиции минерального вяжущего вещества, где гребенчатый полимер содержит основную цепь, содержащую кислотные группы, и боковые цепи, присоединенные к основной цепи, причем среднечисленная молекулярная масса (Μn) всех боковых цепей составляет от 120 до 1000 г/моль и молярное отношение кислотных групп к боковым цепям составляет от 0,8 до 1,6.

Настоящее изобретение относится к композиции строительного раствора или бетона, содержащей неорганический связующий материал на фосфатной основе, получаемый посредством реакции между по меньшей мере одним основным ингредиентом и кислой фосфатной солью, в присутствии замедлителя твердения, который представляет собой соль X+A-, растворимость которой в водной среде, измеряемая при 25°C, составляет более, чем растворимость кислой фосфатной соли, и в которой: X+ представляет собой катион, выбранный из ионов щелочных металлов, щелочноземельных металлов, цинка, алюминия и аммония, и A- представляет собой ацетатный, формиатный, бензоатный, тартратный, олеатный, оксалатный, бромидный или йодидный анион.

Изобретение относится к области строительства скважин, в частности к тампонажным растворам для цементирования обсадных колонн, газоконденсатных и нефтяных скважин, осложненных наличием слабосвязанных, склонных к гидроразрыву многолетних мерзлых пород. Техническим результатом является создание состава с улучшенными эксплуатационными характеристиками и повышенной активностью расширяющего компонента, повышающего адгезионные свойства тампонажного камня, снижающего его деформационные свойства в широком диапазоне температур. Тампонажный раствор, содержащий тампонажный портландцемент, расширяющий компонент и 4-ный водный раствор хлорида кальция, дополнительно содержит микросилику, а в качестве расширяющегося компонента используют оксид кальция, при следующем соотношении компонентов, мас. : оксид кальция 10-15, микросилика 12-16, 4-ный раствор хлористого кальция 0,6-0,7, тампонажный портландцемент - остальное. 1 табл.

Наверх