ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ ТАМПОНАЖНЫЙ ОБЛЕГЧЕННЫЙ
OIL-WELL LIGHT WEIGHT PORTLANDCEMENT

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при цементировании обсадных колонн газовых, газоконденсатных или нефтяных скважин, осложненных наличием слабосвязанных, склонных к гидроразрыву пород.
7
Известен тампонажный материал, описанный в патенте РФ №2235857 по кл. МПК E21B 33/138, опубл. 10.09.2004 г.
Известный тампонажный материал включает портландцемент, расширяющуюся добавку, гипс, ускоритель твердения, пластификатор, в качестве расширяющейся добавки содержит, по крайней мере, одну добавку из группы: глиноземистый, сульфоалюминатный цемент, алюминатсодержащие отходы-шлаки от производства ферротитана, ферробора, вторичной переплавки алюминия, в качестве пластификатора -смесь триэтаноламина и кремнеземсодержащей добавки многофункционального действия - КМХ в соотношении от 1:1 до 1:10 и облегчающую добавку, в качестве которой используют алюмосиликатные микросферы, или микрокремнезем, или вспученный вермикулит, или вспученный перлит при следующем соотношении компонентов тампонажного материала, мас.%: расширяющаяся добавка 2-15; гипс 7-9; ускоритель твердения 2-8; указанный пластификатор 0,3-0,8; облегчающая добавка 3-10; портландцемент - остальное. В качестве ускорителя твердения тампонажный материал может содержать хлористую соль щелочного или щелочноземельного элементов. Известный тампонажный материал предназначен для цементирования нормальных температурных газонефтяных скважин.
3
Недостатком данного материала является низкое содержание облегчающей добавки, что приводит к высокой плотности (1450-1500 кг/м) тампонажного раствора. Такая плотность может привести к гидроразрыву пласта, поглощению тампонажного раствора и его недоподъему при цементировании скважины, что в свою очередь отрицательно скажется на продуктивности скважины.
7
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому является облегченная тампонажная смесь, описанная в патенте РФ №2255205 по кл. МПК Е21 В 33/138, oпубл. 27.06.2005 г.).
Известная облегченная тампонажная смесь включает следующие компоненты, мас.%:
портландцемент тампонажный 72,7-81,0, облегчающий наполнитель в виде алюмосиликатных микросфер - 11,7-14,6, модифицирующие добавки в виде микрокремнезема конденсированного неуплотненного МК-85 в качестве понизителя скорости фильтрации - 4,9-9,7, и гранулированного хлорида кальция - 2,4-3,1.
Указанная смесь характеризуется повышенными прочностными характеристиками цементного камня и низкими показателями фильтрации, при этом минимально возможная плотность тампонажного раствора составляет 1350 кг/м, что недостаточно низко для крепления большего количества эксплуатационных колонн скважин, строящихся в условиях аномально-низкого пластового давления. Кроме того, указанный тампонажный состав формирует безусадочный камень с недостаточными адгезионными характеристиками вследствие отсутствия эффекта расширения.
Задачей заявляемого изобретения является уменьшение плотности тампонажного раствора, улучшение прочностных и адгезионных характеристик.
Поставленная задача решается тем, что портландцемент тампонажный облегченный содержит тампонажный портландцемент, модифицирующую добавку и облегчающий наполнитель, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ, модифицирующая добавка представляет собой водорастворимый полимер, включающий анионный полиакриламид и сополимер акриловой кислоты с 2-акриламид-2-метилпропансульфокислотой, при следующем соотношении компонентов, масс.%: тампонажный портландцемент 70-85; облегчающий наполнитель- 14,6-29,6, анионный полиакриламид 0,1-0,2; сополимер акриловой кислоты с 2-акриламид-2-метилпропансульфокислотой 0,1-0,2.
При этом в качестве облегчающей добавки могут быть использованы алюмосиликатные полые микросферы в количестве масс.%: 19,6-29,6 или вспученный перлит в количестве масс.%: 14,6-24,6.
Использование большего количества облегчающего наполнителя алюмосиликатных полых микросфер или вспученного перлита данного гранулометрического состава дает необходимую плотность цементного теста с сохранением необходимой прочности цементного камня, а применение в качестве модифицирующей добавки водорастворимого полимера из смеси анионного полиакриламида и сополимера акриловой кислоты с 2-акриламид-2-метилпропансульфокислотой одновременно уменьшает водоотделение и увеличивает адгезионные характеристики смеси.
Технический результат - уменьшение плотности тампонажного раствора при сохранении прочности и адгезионных характеристик цементного камня.
Заявляемый облегченный тампонажный материал обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как использование в качестве модифицирующей добавки водорастворимого полимера, состоящего из анионного полиакриламида и сополимера акриловой кислоты с 2-акриламида-2-метилпропансульфокислотой. Применение в качестве облегчающего наполнителя алюмосиликатных полых микросфер или вспученного перлита при следующем соотношении компонентов, масс.%: тампонажный портландцемент 70-85;
алюмосиликатные полые микросферы - 19,6-29,6 или вспученный перлит - 14,6-24,6, анионный полиакриламид 0,1-0,2; сополимер акриловой кислоты с 2-акриламид-2-метилпропансульфокислотой 0,1-0,2, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявителю неизвестны технические решения, обладающие указанными отличительными признаками, обеспечивающими в совокупности достижение заданного технического результата, поэтому он считает, что заявляемый портландцемент тампонажный облегченный соответствует критерию «изобретательский уровень».
Заявляемый портландцемент тампонажный облегченный может найти широкое применение в области строительства нефтяных и газовых скважин, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Заявляемый портландцемент тампонажный облегченный содержит тампонажный портландцемент, модифицирующую добавку в виде водорастворимого полимера и облегчающий наполнитель. При этом водорастворимый полимер содержит анионный полиакриламид с молекулярной массой 18-20 млн Дальтон и степенью гидролиза 20-25%, сополимер акриловой кислоты с 2-акриламид-2-метилпропансульфокислотой, а в качестве облегчающего наполнителя использованы алюмосиликатные полые микросферы или вспученный перлит при следующем соотношении компонентов, масс.%,: тампонажный портландцемент 70-85; алюмосиликатные полые микросферы - 19,6-29,6 или вспученный перлит 14,6-24,6, анионный полиакриламид 0,1-0,2; сополимер акриловой кислоты с 2-акриламид-2-метилпропансульфокислотой 0,1-0,2.
2
2
3
2
3
2
2
2
2
3
2
3
2
2
В представленных ниже экспериментальных данных в портландцементе тампонажном облегченном использовали, в частности, портландцемент тампонажный ПЦТ 1-50 по ГОСТ 1581-96. Алюмосиликатные полые микросферы выпускаются по ТУ 5734-007-82957590-2011 и представляют собой легкий сыпучий порошок серого цвета, состоящий из отдельных полых частиц сферической формы размером в пределах 50-500 мкм, химический состав отражается формулой, мас.%: SiO 55-65; AlO 20-30; FeO 1,5-3,0; CaO 2-4; MgO 1-1,5; NaO 0,5-1,2; KO 0,4-2,5. Перлит вспученный выпускается по ГОСТ 10832-2009 и представляет собой легкий сыпучий порошок, состоящий из отдельных полых частиц сферической формы размером в пределах 40-500 мкм, химический состав отражается формулой, мас.%: SiO 68-76; AlO 11-15; FeO 0,5-2,0; CaO 0,5-1,5; NaO 2-5; KO 1,5-5. Водорастворимый полимер представляет собой органическую добавку, состоящую из анионного полиакриламида (молекулярная масса 18-20 млн. Дальтон и степенью гидролиза 20-25%) и сополимера акриловой кислоты с 2-акриламид-2-метилпропансульфокислотой зарубежного производства (AA/AMPS).
Из полученного сухого портландцемента тампонажного облегченного готовят тампонажный раствор путем добавления воды. В процессе затворения материала добавляют пеногаситель - трибутилфосфат (ТБФ) ТУ 2435-305-05763458-2001, в количестве 0,05% от общего количества смеси.
На базе полученного портландцемента тампонажного облегченного (пример №1) был приготовлен тампонажный раствор и испытан при креплении двух эксплуатационных нефтяных скважин на Вать-Еганском и Тевлинско-Русскинском месторождениях Западной Сибири (интервал цементирования 0-2980 м). Цемент был поднят до проектной высоты без поглощений. Результаты контроля качества цементирования по обеим скважинам получены положительные.
Сравнительные данные свойств известного и предлагаемого состава приведены в таблице. Примеры №1, 2 - соответственно при использовании алюмосиликатных микросфер и вспученного перлита, пример №3 - по прототипу.
Как видно из представленных сравнительных экспериментальных данных (таблица), при одинаковом водоотделении и растекаемости, образующийся при затворении в обоих вариантах его выполнения цементное тесто обладает меньшей плотностью, при этом цементный камень обладает высокими значениями адгезией к ограничивающим поверхностям, а в примере №2 и большей прочностью.
Применение предлагаемого портландцемента тампонажного облегченного позволяет понизить плотность цементного теста до необходимого уровня, при этом повысить прочность цементного камня (пример №2) при высокой прочности сцепления с колонной и породой, и обеспечивает подъем тампонажного раствора по примеру №1 до проектной высоты.
В сравнении с прототипом заявляемый портландцемент тампонажный облегченный имеет меньшую плотность цементного теста при затворении (примеры №1, 2), при сохранении адгезионных характеристик и более высоких прочностных характеристик цементного камня (пример №2).
Таблица
Состав, мас.%
Плотность, кг/м
Растекаемость
Прочность на изгиб через 2 сут, МПа
Водоотделение, мл
Адгезия ограничивающей поверхности, МПа
Предлагаемый облегченный тампонажный материал
Алюмосиликатные микросферы (пример №1)
1260
270
1,3
0
2,7
Вспученный перлит (пример №2)
1220
220
1,5
0
3,0
Известный облегченный тампонажный материал - прототип (пример №3)
Портландцемент - 72,7Алюмосиликатные микросферы-14,5Микрокремнезем МК - 85-9,7Хлорид кальция - 3,1
1350
233
1,3
0
Нет данных