ТАМПОНАЖНЫЙ МАТЕРИАЛ С РЕГУЛИРУЕМОЙ КИНЕТИКОЙ РАСШИРЕНИЯ
PLUGGING MATERIAL WITH CONTROLLED KINETICS OF EXPANSION

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и конкретно к области получения специальных цементов, а именно тампонажных материалов для крепления нефтяных и газовых скважин.
Для повышения качества крепления нефтяных и газовых скважин применяют расширяющиеся тампонажные цементы, в которых эффект расширения обеспечивается специальной расширяющей добавкой.
Известен расширяющийся тампонажный материал, содержащий вяжущее - тампонажный портландцемент и рационально подобранную смесь ингредиентов, например гипса, с высокоглиноземистым шлаком или глиноземистым цементом [Данюшевский B.C., Алиев P.M., Толстых И.Ф. Справочное руководство по тампонажным материалам. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1987. стр.154-161]. Недостатком способа является недостаточная эффективность получаемой расширяющей добавки.
Известен расширяющийся тампонажный материал, содержащий тампонажный портландцемент и расширяющую добавку каустический магнезит [Рояк С.М., Рояк Г.С. Специальные цементы. Учеб. пособие для вузов. - 2 изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1983. C.189]. В данном тампонажном материале расширение цементного камня обеспечивается гидратацией оксида магния (MgO), образующегося в процессе обжига. Недостатком данного способа является незначительная величина расширения цементов при нормальных и низких температурах.
Наибольшее применение при креплении скважин находят тампонажные материалы, в которых в качестве расширяющей добавки к тампонажному портландцементу используются расширяющие добавки, получаемые обжигом известняка при температурах 1100-1200°С [Данюшевский B.C., Алиев P. M., Толстых И.Ф. Справочное руководство по тампонажным материалам. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1987, стр.154-161]. Обжиг известняка при температурах выше 1100°С позволяет получить расширяющую добавку с замедленной скоростью гидратации, при этом существенно возрастают энергозатраты на ее получение. Недостатком указанного тампонажного материала является невысокое расширение при температурах менее 50°С.
Известен также расширяющийся тампонажный материал, получаемый смешением тампонажного портландцемента и расширяющей добавки, представленной известью обожженной при температурах 900-950°С [Данюшевский B.C., Алиев P. M., Толстых И.Ф. Справочное руководство по тампонажным материалам. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1987. стр.154-161].
Недостатком указанного вяжущего является быстрая скорость гидратации расширяющего компонента.
Наиболее близким к заявляемому объекту по технической сущности и достигаемому эффекту является тампонажный состав для изоляции зон поглощения, включающий портландцемент, расширяющуюся добавку, гидрофобизирующую добавку, в качестве которой используют кремнийорганическую жидкость на основе метилсиликоната натрия [Патент RU №2444553, опубл. 10.03.2012 г.]. В качестве расширяющей добавки используют сополимер карбоновых кислот акрилового ряда, их эфиров и солей.
Недостатком указанного вяжущего является быстрая скорость гидратации расширяющего компонента. Кроме того, в прототипе использована органическая расширяющаяся добавка, которая обладает низкой термостойкостью, причем при повышении давления эффект расширения резко снижается.
Целью изобретения является устранение указанных недостатков.
Поставленная цель достигается тем, что тампонажный материал с регулируемой кинетикой расширения, включающий тампонажный портландцемент, расширяющий компонент, олеат натрия или олеат калия в качестве гидрофобизирующей добавки, причем указанный гидрофобизатор предварительно смешивается с расширяющим компонентом при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Тампонажный портландцемент
85-95
Расширяющий компонент
4,975-14,5
Олеат натрия или олеат калия
0,025-0,5
Сущность изобретения заключается в следующем.
Расширяющий компонент смешивают с гидрофобизирующей добавкой, которая адсорбируется на поверхности расширяющего компонента, блокирует его поверхность, ограничивая контакт с жидкостью затворения. При этом портландцемент активно взаимодействует с водой, образуя сначала коагуляционную, а затем кристаллизационную структуру. После того как прочность структуры цементного камня наберет достаточную прочность, начинается гидратация расширяющего компонента, находящегося между кристаллами продуктов твердения. При этом расширяющий компонент увеличивает свой объем, в результате чего внутри цементного камня развиваются растягивающие напряжения, приводящие к расширению цементного камня.
В научно-технической и патентной литературе ранее не приводились сведения об использовании олеата натрия или олеата калия для регулирования скорости гидратации расширяющих добавок.
Таким образом, сказанное выше указывает на соответствие заявляемого изобретения критерию «изобретательский уровень». Пример реализации изобретения.
Тампонажный материал готовят следующим образом:
Расширяющуюся добавку смешивают с гидрофобизатором, а затем смешивают с портландцементом в заданном соотношении.
Полученную смесь затворяют водой и при ее твердении определяют коэффициент расширения на приборе ПНГ, описание которого приведено в [Данюшевский B.C., Толстых И.Ф., Мильштейн В.М. Справочное руководство по тампонажным материалам. - М.: Недра, 1973, стр.283].
В качестве примера рассмотрим приготовление тампонажного материала с соотношением: тампонажный портландцемент - 90; расширяющий компонент на основе СаО - 9,75; гидрофобизатор - 0,25 (состав №3 из таблицы 1).
Для приготовления тампонажного материала взято 450 г тампонажного портландцемента ПЦТ 1-50 ГОСТ 1581-96 и 48,75 г извести и 1,25 г олеата натрия.
Расширяющую добавку смешивают с олеатом натрия, после чего полученную смесь в сухом виде перемешивают с портландцементом, получая расширяющийся тампонажный материал. Из расширяющегося тампонажного материала готовят тампонажный раствор с водоцементным отношением 0,5. Испытания полученного тампонажного материала проводят согласно ГОСТ 1581-96, а также определяют коэффициент линейного расширения. Испытания проводят при нормальных условиях. Результаты испытаний данной пробы, а также других составов приведены в табл.1.
Таким образом, приведенный пример реализации изобретения показывает его соответствие критерию «практическая применимость».
Таблица 1
Свойства тампонажного раствора
№
Состав, мас.%
Свойства раствора
Расширение, %
Начало расширения, час-мин
Конец расширения
ПЦ
Расширяющаяся добавка
ОН
ОК
В/Ц
2R, мм
ρ, кг/м<sup>3</sup>
CaO
MgO
САРД
1
90
10
-
-
0,5
235
1820
1,28
0-20
1 час
2
85
14,5
0,5
-
0,5
225
1800
2,78
4-50
44 час
3
90
9,75
0,25
-
0,5
235
1820
1,85
2-45
30 час
4
95
4,975
0,025
-
0,5
240
1830
1,50
0-35
6 час
5
85
14,5
-
0,5
0,5
225
1800
2,86
5-25
48 час
6
90
9,75
-
0,25
0,5
235
1820
1,90
3-00
30 час
7
95
4,975
-
0,025
0,5
240
1830
1,55
1-10
8 час
8
90
10
-
-
0,5
235
1840
1,22
0-50
3 час
9
90
9,75
0,25
-
0,5
235
1840
1,25
3-15
40 час
10
90
9,75
-
0,25
0,5
235
1840
1,25
3-45
44 час
11
90
10
-
-
0,5
235
1850
1,38
1-30
4 час
12
90
9,75
0,25
-
0,5
235
1850
1,45
1-45
26 час
13
90
9,75
-
0,25
0,5
235
1850
1,50
2-00
32 час
Примечания:
ПЦ - портландцемент;
САРД - сульфоалюминатная расширяющая добавка
ОН - олеат натрия;
OK - олеат калия;
В/Ц - водоцементное отношение;
2R - растекаемость.