РЕМОНТНО-ИЗОЛЯЦИОННЫЙ ТАМПОНАЖНЫЙ СОСТАВ
REPAIR-INSULATING GROUTING COMPOSITION

Изобретение относится к ремонтно-изоляционным тампонажным составам на основе магнезиальных вяжущих веществ и может быть использовано в нефтяной и газовой отраслях промышленности при бурении и ремонте нефтяных, газовых и водных скважин с целью ликвидации поглощений промывочной жидкости, ремонтно-изоляционных работах (далее РИР) с целью ликвидации водопритоков, а также при цементировании межколонного пространства и обсадных колонн.
Известен тампонажный материал (патент РФ №2295554, дата приоритета 03.02.2006), применяемый при цементировании межколонного пространства и обсадных колонн в интервалах безводной части вскрытого разреза в нефтяных и газовых скважинах в температурном диапазоне 10-30°C со следующим содержанием компонентов, мас. %:
Порошок магнезитовый каустический
48,61-50,43
Хлористый магний или бишофит
12,75-13,80
Триполифосфат натрия
1,00-1,96
Суперфосфат двойной
0,25-0,50
Крахмалосодержащий реагент
0,12-0,37
Вода
Остальное
Недостатками данного материала является его ограниченное применение, поскольку он предназначен для применения только в интервалах безводной части вскрытого разреза скважин в температурном диапазоне 10-30°C и имеет низкие гидроизолирующие свойства, так как не обеспечивает надежную изоляцию зон поглощений промывочной жидкости в мелко- и крупнопористых, трещиноватых, кавернозных и смешанных породах с интенсивными и катастрофическими поглощениями промывочной жидкости, а также седиментационная неустойчивость при использовании кольматантов, утяжелителей или облегчающих добавок.
Известен тампонажный состав (патент РФ №2293100, дата приоритета 24.10.2005) для изоляции зон поглощений промывочных жидкостей с целью регулирования сроков загустевания и схватывания со следующим содержанием компонентов, мас. %:
Каустический магнезит
42,55-43,08
Глинопорошок
8,62-10,64
Суперфосфат двойной СКОП
2,34-2,84
Отход производства бумаги СПФД
2,38-2,925
Водный раствор бишофита плотностью 1,28
Остальное
Недостатками данного состава являются сложность регулирования технологических свойств и сложность прогнозирования времени схватывания материала. Данный состав характеризуется короткими сроками загустевания и схватывания, пониженной седиментационной устойчивостью раствора, значительными снижениями прочностных характеристик в условиях заводненности, недостаточно высокими значениями объемного расширения тампонажного камня, седиментационная неустойчивость при использовании кольматантов и утяжелителей, а также облегчающих добавок.
Известен магнезиальный тампонажный материал (патент РФ №2374293, дата приоритета 04.07.2008), применяемый при цементировании обсадных колонн и установке герметичных и прочных мостов в нефтяных, газовых и газоконденсатных скважинах с максимальной статической температурой до 55°C со следующим содержанием компонентов, мас. %:
Порошок магнезитовый каустический
19,98-26,29
Хлористый магний
17,63-19,29
Суперфосфат двойной
1,11-1,18
Триполифосфат натрия
0,61-0,91
Борная кислота
0,40-0,73
Палыгорскитовый глинопорошок
3,03-4,54
Микрокремнезем конденсированный
11,12-11,81
Вода
Остальное
Недостатками данного состава являются сложность регулирования технологических свойств раствора, сложность прогнозирования времени схватывания материала, существенное снижение прочностных характеристик в условиях заводненности, седиментационная неустойчивость при использовании кольматантов и утяжелителей, а также облегчающих добавок.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является ремонтно-изоляционный тампонажный состав на основе магнезиальных вяжущих веществ «quick-stone» (патент РФ №2563466, дата приоритета 07.08.2013), содержащий оксид магния и воду, семиводный сульфат магния, гексаметафосфат натрия и нитрилотриметилфосфоновую кислоту при следующем содержании компонентов, мас. %:
Оксид магния
44,71-55,56
Семиводный сульфат магния
13,33-22,47
Вода
29,47-35,77
Гексаметафосфат натрия
0,1-2,7
Нитрилотриметилфосфоновая кислота
0,1-1,14
Указанный состав - наиболее близкий аналог и выбран в качестве прототипа заявленного изобретения.
Недостатком указанного состава является невозможность регулирования реологических свойств состава, в частности не представляется возможным загустить состав-прототип для его удержания в зоне поглощения без потери прочностных свойств состава. Другими недостатками указанного состава являются низкие прочностные характеристики при низких пластовых температурах, невозможность регулирования прочностных характеристик состава, а также седиментационная неустойчивость при использовании кольматантов, утяжелителей или облегчающих добавок, что приводит к невозможности использования состава для цементирования и проведения ремонтно-изоляционных работ при капитальном ремонте скважин.
Задачей заявленного изобретения является создание ремонтно-изоляционного тампонажного состава, нивелирующего недостатки прототипа, в частности позволяющего применять кольматанты и регулировать свойства состава с использованием утяжелителей либо облегчающих добавок.
При этом указанный состав в зависимости от количественного содержания входящих в него компонентов позволяет достичь следующий технический результат: повышение прочностных характеристик состава как на изгиб, так и на сжатие, в частности, в температурном диапазоне от минус 5°C до 35°C, при одновременном отсутствии потерь прочностных характеристик состава в условиях заводненности.
Поставленная задача и указанный технический результат соответственно решаются и достигается тем, что ремонтно-изоляционный тампонажный состав на основе магнезиальных вяжущих веществ, содержащий оксид магния, воду, семиводный сульфат магния, гексаметафосфат натрия и нитрилотриметилфосфоновую кислоту, дополнительно содержит хлорид магния, а также карбонат цинка и/или сульфат марганца при следующем содержании компонентов, мас. %:
Оксид магния
34,91-36,76
Семиводный сульфат магния
0,33-0,37
Гексаметафосфат натрия
0,1-3,7
Нитрилотриметилфосфоновая кислота`
0,1-1,7
Хлорид магния
31,42-33,09
Карбонат цинка
3,26-3,72
и/или
Сульфат марганца
3,49-3,68
Вода
Остальное
Для приготовления заявленного ремонтно-изоляционного тампонажного состава на основе магнезиальных вяжущих веществ используют следующие компоненты.
1. Оксид магния (MgO) по ГОСТ 4526-75 «Реактивы. Магний оксид. Технические условия» (с процентным содержанием оксида магния не менее 97%), представляющий собой белый порошок, почти нерастворимый в воде, хорошо растворимый в кислотах. Является твердой фазой структуры заявленного ремонтно-изоляционного тампонажного состава на основе магнезиальных вяжущих веществ и обеспечивает увеличение его прочностных характеристик после затвердевания.
4
2. Семиводный сульфат магния (MgSO⋅7H2O) по ГОСТ 4523-77 «Реактивы. Магний сернокислый 7-водный. Технические условия» (с процентным содержанием основного вещества не менее 99%), который представляет собой белый кристаллический порошок, растворимый в воде. Является структурообразователем заявленного ремонтно-изоляционного тампонажного состава на основе магнезиальных вяжущих веществ и обеспечивает его водостойкость после затвердевания.
6
6
18
2
5
3. Гексаметафосфат натрия (NaPO) по ГОСТ 20291-80 «Натрия полифосфат технический. Технические условия» (с процентным содержанием основного вещества в пересчете на РО не менее 61,5%). Является ингибитором и применяется с целью регулирования сроков схватывания заявленного ремонтно-изоляционного тампонажного состава на основе магнезиальных вяжущих веществ. Увеличение содержания гексаметафосфата натрия оказывает линейное влияние на сроки схватывания, то есть при увеличении процентного содержания сроки схватывания увеличиваются пропорционально и имеют линейную зависимость.
3
12
9
3
4. Нитрилотриметилфосфоновая кислота (CHNOP), например, производства ОАО «Химпром» (Чувашская Республика), по ТУ 2439-347-05763441-2001 (с процентным содержанием основного вещества не менее 90%). Является ингибитором и применяется с целью регулирования сроков схватывания заявленного ремонтно-изоляционного тампонажного состава на основе магнезиальных вяжущих веществ при высоких температурах внутри скважины. Увеличение в зависимости от температуры внутри скважины содержания нитрилотриметилфосфоновой кислоты оказывает линейное влияние на сроки схватывания, то есть при увеличении процентного содержания сроки схватывания увеличиваются пропорционально и имеют линейную зависимость.
2
5. Хлорид магния (MgCl) по ГОСТ 4209-77 «Реактивы. Магний хлористый 6-водный. Технические условия» (с процентным содержанием основного вещества не менее 97%). Является структурообразователем заявленного ремонтно-изоляционного тампонажного состава на основе магнезиальных вяжущих веществ.
3
6. Карбонат цинка (ZnCO), например, производства ООО «Химпромторг» по ТУ 6-09-3676-77 (с процентным содержанием основного вещества не менее 57%). Является добавкой для регулирования реологических свойств состава, применяется для получения седиментационно-устойчивых рецептур.
4
7. Сульфат марганца (MnSO) по ГОСТ 435-77 «Марганец (II) сернокислый 5-водный» (с процентным содержанием основного вещества не менее 99%). Является упрочняющей добавкой, а также препятствует падению прочности состава в водной среде с течением времени.
В зависимости от скважинных условий (глубина интервала(-ов), температура, давление, литологические и стратиграфические данные и др.) и вида скважинных работ (ликвидация поглощения промывочной жидкости, ремонтно-изоляционные работы и др.) требуется достижение различных характеристик заявленного ремонтно-изоляционного тампонажного состава на основе магнезиальных вяжущих веществ, а именно: высокая прочность на сжатие, высокая прочность материала на изгиб, устойчивость материала при воздействии водной среды и температуры, облегченная либо утяжеленная рецептура. В связи с этим количественное содержание компонентов заявленного ремонтно-изоляционного тампонажного состава на основе магнезиальных вяжущих веществ может быть изменено в пределах указанных диапазонов значений, таким образом, чтобы получить у него те или иные необходимые эксплуатационные характеристики.
Например, для условий, где требуются высокие прочностные характеристики при низких скважинных температурах и высокая проникающая способность, но не требуется облегченная рецептура (например, перекрывающий (изоляционный) мост, некоторые виды ремонтно-изоляционных работ, ликвидация поглощения с небольшой приемистостью), компонентный состав заявленного ремонтно-изоляционного тампонажного состава на основе магнезиальных вяжущих веществ может иметь следующие диапазоны значений, мас. %:
Оксид магния
36,27-36,76
Хлорид магния
32,64-33,09
Сульфат магния
0,33-0,37
Сульфат марганца
3,62-3,68
Гексаметафосфат натрия
0,1-3,7
Нитрилотриметилфосфоновая кислота
0,1-1,7
Вода
Остальное
Для условий, когда не требуются высокие прочностные характеристики состава при низких скважинных температурах и высокая проникающая способность, но требуется облегченная рецептура с последующим использованием кольматантов (например, поглощения с большой приемистостью, вплоть до катастрофической), компонентный состав заявленного ремонтно-изоляционного тампонажного состава на основе магнезиальных вяжущих веществ может иметь следующие диапазоны значений, мас. %:
Оксид магния
34,92-36,76
Хлорид магния
33,01-33,09
Сульфат магния
0,33-0,37
Карбонат цинка
3,27-3,72
Гексаметафосфат натрия
0,1-3,7
Нитрилотриметилфосфоновая кислота
0,1-1,7
Вода
Остальное
Ниже приведены примеры реализации заявленного ремонтно-изоляционного тампонажного состава на основе магнезиальных вяжущих веществ при проведении ремонтно-изоляционных работ на различных скважинах, с различными условиями, в том числе температурными.
Для приготовления ремонтно-изоляционного тампонажного состава на основе магнезиальных вяжущих веществ применяли следующее оборудование.
3
В случае объема приготовления менее 15 м применялись: агрегат, обеспечивающий интенсивное перемешивание, например УСО-16, цементировочные агрегаты ЦА-320 для закачки материала в скважину, установка смесительная, например, УС6-30.
3
В случае объема приготовления более 15 м применялись: емкостной парк на скважине для приготовления составов, цементировочные агрегаты ЦА-320 для закачки материала в скважину, установка смесительная, например, УС6-30.
Приготовление заявленного ремонтно-изоляционного тампонажного состава на основе магнезиальных вяжущих веществ осуществляли простым перемешиванием посредством указанного выше оборудования при атмосферном давлении и температуре, соответствующей температуре окружающей среды. Сначала добавляли в воду ингибиторы, удлиняющие сроки схватывания: гексаметафосфат натрия и нитрилотриметилфосфоновую кислоту, и перемешивали в течение 5-20 мин. Далее - хлорид магния и перемешивали в течение 15-60 мин. Далее - сульфат магния семиводный и перемешивали в течение 15-20 мин. Далее - сульфат марганца и/или карбонат цинка и перемешивали в течение 15-20 мин. И в завершение - оксид магния и перемешивали в течение 15-60 мин.
Пример 1
Цель применения (решаемая проблема) - седиментационно-устойчивая рецептура с максимальными прочностными характеристиками и временем схватывания 6 часов при температуре от минус 5 до 15°C. Данная рецептура применима для установки опорных мостов, проведения ремонтно-изоляционных работ и ликвидации поглощений с небольшой приемистостью, также для цементирования верхних интервалов скважин в зонах вечной мерзлоты.
Состав заявленного заявленного ремонтно-изоляционного тампонажного состава на основе магнезиальных вяжущих веществ: оксид магния - 34,75%, хлорид магния - 33,09%, сульфат магния семиводный - 0,33%, карбонат цинка - 3,26%, сульфат марганца - 3,68%, гексаметафосфат натрия - 2%, нитрилотриметилфосфоновая кислота - 0,1%, вода - остальное.
Данная рецептура седиментационно-устойчива - водоотделение 0 мл, нет расслоения до момента схватывания, обладает высокой прочностью 35 МПа на сжатие после 24 часов в заявленных условиях.
На графике фиг. 1 видно, что схватывание материала при минус 5°C произошло после 360 минут (6 часов) (зеленая линия).
Красная линия на графике показывает изменение температуры тестирования с комнатной температуры до необходимой температуры.
Зеленая линия показывает изменение консистенции материала с течением времени под действием температуры.
Пример 2
Цель применения (решаемая проблема) - седиментационно-устойчивая рецептура с максимальными прочностными характеристиками и временем схватывания 2 часа при температуре от минус 5 до 15°C. Данная рецептура применима для установки опорных мостов, проведения ремонтно-изоляционных работ и ликвидации поглощений со средней приемистостью, также для цементирования верхних интервалов скважин в зонах вечной мерзлоты с небольшими объемами закачек, указанная рецептура - с минимальным содержанием гексаметафосфата натрия (короткое схватывание при температурах от минус 5 до 15°C).
Состав заявленного заявленного ремонтно-изоляционного тампонажного состава на основе магнезиальных вяжущих веществ: оксид магния - 36,57%, хлорид магния - 33,09%, сульфат магния семиводный - 0,33%, карбонат цинка - 3,26%, сульфат марганца - 3,68%, гексаметафосфат натрия - 0,1%, нитрилотриметилфосфоновая кислота - 0,1%, вода - остальное.
Данная рецептура седиментационно-устойчива - водоотделение 0 мл, нет расслоения до момента схватывания, обладает высокой прочностью 35 МПа на сжатие после 24 часов в заявленных условиях.
На графике фиг. 2 видно, что схватывание материала при минус 5°C произошло после 110 минут (2 часа) (зеленая линия).
Красная линия на графике показывает изменение температуры тестирования с комнатной температуры до необходимой температуры.
Зеленая линия показывает изменение консистенции материала с течением времени под действием температуры.
Пример 3
Цель применения (решаемая проблема) - облегченная и насыщенная кольматантами седиментационно устойчивая рецептура с максимальными прочностными характеристиками и временем схватывания 6 часов при температуре от минус 5 до 15°C. Данная рецептура применима для некоторых ремонтно-изоляционных работ с максимальной приемистостью и ликвидации катастрофических поглощений, а также для цементирования верхних интервалов скважин в зонах вечной мерзлоты.
Состав заявленного ремонтно-изоляционного тампонажного состава на основе магнезиальных вяжущих веществ: оксид магния - 3 4,91%, хлорид магния - 31,42%, сульфат магния семиводный - 0,37%, карбонат цинка - 3,72%, сульфат марганца - 3,49%, гексаметафосфат натрия - 2%, нитрилотриметилфосфоновая кислота - 0,1%, вода - остальное.
Внесение облегчающих добавок и кольматанта зависит от проблематики на конкретной скважине.
3
3
Данная рецептура седиментационно-устойчива - водоотделение 0 мл, нет расслоения до момента схватывания, обладает высокой прочностью 20-25 МПа на сжатие после 24 часов в заявленных условиях, в зависимости от процента внесения облегчающих добавок и кольматантов и полученной в итоге плотности. Имеет плотность от 1,2 г/см до 1,55 г/см, в зависимости от процента внесения облегчающих добавок, рецептура имеет кольматирующий эффект за счет содержания в объеме кольматантов.
На графике фиг. 3 видно, что схватывание материала при минус 5°C произошло после 360 минут (6 часов) (зеленая линия).
Красная линия на графике показывает изменение температуры тестирования с комнатной температуры до необходимой температуры.
Зеленая линия показывает изменение консистенции материала с течением времени под действием температуры.
Пример 4
Цель применения (решаемая проблема) - облегченная и насыщенная кольматантами седиментационно-устойчивая рецептура с максимальными прочностными характеристиками и временем схватывания 2 часа при температуре от минус 5 до 15°C. Данная рецептура применима для некоторых ремонтно-изоляционных работ с максимальной приемистостью и ликвидации катастрофических поглощений, а также для цементирования верхних интервалов скважин в зонах вечной мерзлоты с небольшими объемами закачек.
Рецептура с минимальным содержанием гексаметафосфата натрия (короткое схватывание при температурах от минус 5 до 15°C).
Состав заявленного ремонтно-изоляционного тампонажного состава на основе магнезиальных вяжущих веществ: оксид магния - 34,91%, хлорид магния - 31,42%, сульфат магния семиводный - 0,37%, карбонат цинка - 3,72%, сульфат марганца - 3,49%, гексаметафосфат натрия - 0,1%, нитрилотриметилфосфоновая кислота - 0,1%, вода - остальное.
Процент внесения облегчающих добавок и кольматанта зависит от проблематики на конкретной скважине.
3
3
Данная рецептура седиментационно-устойчива - водоотделение 0 мл, нет расслоения до момента схватывания, обладает высокой прочностью 20-25 МПа на сжатие после 24 часов в заявленных условиях, в зависимости от процента внесения облегчающих добавок и кольматантов и полученной в итоге плотности. Имеет плотность от 1,2 г/см до 1,55 г/см, в зависимости от процента внесения облегчающих добавок, рецептура имеет кольматирующий эффект за счет содержания в объеме кольматантов.
На графике фиг. 4 видно, что схватывание материала при минус 5°C произошло после 110 минут (2 часа) (зеленая линия).
Красная линия на графике показывает изменение температуры тестирования с комнатной температуры до необходимой температуры.
Зеленая линия показывает изменение консистенции материала с течением времени под действием температуры.
В таблице 1 отражены основные свойства примеров 1-4, а также сравнение свойств с наиболее близким аналогом.
Пример 5
Цель применения (решаемая проблема) – седиментационно-устойчивая рецептура с максимальными прочностными характеристиками и временем схватывания 6 часов при температуре от 15 до 50°C. Данная рецептура применима для установки опорных мостов, работ РИР и ликвидации поглощений с небольшой приемистостью, также для цементирования скважин.
Рецептура с максимальным содержанием гексаметафосфата натрия (долгое схватывание при температурах от 15 до 50°C)
Состав заявленного изобретения: молотый каустический магнезит с низкой температурой обжига, на основе оксида магния (MgO) с процентным содержанием оксида магния от 75 до 85 процентов - 36,76%, хлорид магния (MgCl2) - 33,09%, сульфат магния семиводный (MgSO4⋅7H2O) - 0,33%, карбонат цинка (ZnCO3) - 3,26%, сульфат марганца - 3,68%, гексаметафосфат натрия (рассчитывается сверх 100%) - 3%, вода - остальное.
Данная рецептура седиментационно-устойчива - водоотделение 0 мл, нет расслоения до момента схватывания, обладает высокой прочностью 40 МПа на сжатие после 24 часов в заявленных условиях.
На графике фиг. 5 видно, что схватывание материала при 50°C произошло после 360 минут (6 часов) (зеленая линия).
Красная линия на графике показывает изменение температуры тестирования с комнатной температуры до необходимой температуры.
Синяя линия показывает изменение давления от атмосферных до 300 атм.
Зеленая линия показывает изменение консистенции материала с течением времени под действием температуры.
Пример 6
Цель применения (решаемая проблема) – седиментационно-устойчивая, рецептура с максимальными прочностными характеристиками и временем схватывания 45 минут при температуре от 15 до 50°C. Данная рецептура применима для установки опорных мостов, работ РИР и ликвидации поглощений со средней приемистостью, также для цементирования скважин с небольшими объемами закачек.
Рецептура с минимальным содержанием гексаметафосфата натрия (короткое схватывание при температурах от 15 до 50°C)
Состав заявленного изобретения: молотый каустический магнезит с низкой температурой обжига, на основе оксида магния (MgO) с процентным содержанием оксида магния от 75 до 85 процентов - 36,76%, хлорид магния (MgCl2) - 33,09%, сульфат магния семиводный (MgSO4⋅7H2O) - 0,33%, карбонат цинка (ZnCO3) - 3,26%, сульфат марганца - 3,68%, гексаметафосфат натрия (рассчитывается сверх 100%) - 0,2%, вода - остальное.
Данная рецептура седиментационно-устойчива - водоотделение 0 мл, нет расслоения до момента схватывания, обладает высокой прочностью 40 МПа на сжатие после 24 часов в заявленных условиях.
На графике фиг. 6 видно, что схватывание материала при 50°C произошло после 45 минут (зеленая линия).
Красная линия на графике показывает изменение температуры тестирования с комнатной температуры до необходимой температуры.
Синяя линия показывает изменение давления от атмосферных до 300 атм.
Зеленая линия показывает изменение консистенции материала с течением времени под действием температуры.
Пример 7
Цель применения (решаемая проблема) - облегченная и насыщенная кольматантами седиментационно-устойчивая рецептура с максимальными прочностными характеристиками и временем схватывания 6 часов при температуре от 15 до 50°C. Данная рецептура применима для некоторых работ РИР с максимальной приемистостью и ликвидации катастрофических поглощений, а также для цементирования верхних интервалов скважин, требующих облегченных составов.
Рецептура с максимальным содержанием гексаметафосфата натрия (длинное схватывание при температурах от 15 до 50°C)
Состав заявленного изобретения: молотый каустический магнезит с низкой температурой обжига, на основе оксида магния (MgO) с процентным содержанием оксида магния от 75 до 85 процентов - 34,91%, хлорид магния (MgCl2) - 31,42%, сульфат магния семиводный (MgSO4⋅7H2O) - 0,37%, карбонат цинка (ZnCO3) - 3,72%, сульфат марганца - 3,49%, гексаметафосфат натрия (рассчитывается сверх 100%) - 3,7%, вода - остальное. Процент внесения облегчающих добавок и кольматанта зависит от проблематики на конкретной скважине.
3
3
Данная рецептура седиментационно-устойчива - водоотделение 0 мл, нет расслоения до момента схватывания, обладает высокой прочностью 25-30 МПа на сжатие после 24 часов в заявленных условиях, в зависимости от процента внесения облегчающих добавок и кольматантов и полученной в итоге плотности. Имеет плотность от 1,2 г/см до 1,55 г/см, в зависимости от процента внесения облегчающих добавок, рецептура имеет кольматирующий эффект за счет содержания в объеме кольматантов.
На графике фиг. 7 видно, что схватывание материала при 50°C произошло после 360 минут (6 часов) (зеленая линия).
Красная линия на графике показывает изменение температуры тестирования с комнатной температуры до необходимой температуры.
Синяя линия показывает изменение давления от атмосферных до 300 атм.
Зеленая линия показывает изменение консистенции материала с течением времени под действием температуры.
Пример 8
Цель применения (решаемая проблема) - облегченная и насыщенная кольматантами седиментационно-устойчивая рецептура с максимальными прочностными характеристиками и временем схватывания 45 минут при температуре от 15 до 50°C. Данная рецептура применима для некоторых работ РИР с максимальной приемистостью и ликвидации катастрофических поглощений.
Рецептура с минимальным содержанием гексаметафосфата натрия (короткое схватывание при температурах от 15 до 50°C)
Состав заявленного изобретения: молотый каустический магнезит с низкой температурой обжига, на основе оксида магния (MgO) с процентным содержанием оксида магния от 75 до 85 процентов - 34,91%, хлорид магния (MgCl2) - 31,42%, сульфат магния семиводный (MgSO4⋅7H2O) - 0,37%, карбонат цинка (ZnCO3) - 3,72%, сульфат марганца - 3,49%, гексаметафосфат натрия (рассчитывается сверх 100%) - 0,4%, вода - остальное. Процент внесения облегчающих добавок и кольматанта зависит от проблематики на конкретной скважине.
3
3
Данная рецептура седиментационно-устойчива - водоотделение 0 мл, нет расслоения до момента схватывания, обладает высокой прочностью 25-30 МПа на сжатие после 24 часов в заявленных условиях, в зависимости от процента внесения облегчающих добавок и кольматантов и полученной в итоге плотности. Имеет плотность от 1,2 г/см до 1,55 г/см, в зависимости от процента внесения облегчающих добавок, рецептура имеет кольматирующий эффект за счет содержания в объеме кольматантов.
На графике фиг. 8 видно, что схватывание материала при 50°C произошло после 45 минут (зеленая линия).
Красная линия на графике показывает изменение температуры тестирования с комнатной температуры до необходимой температуры.
Синяя линия показывает изменение давления от атмосферных до 300 атм.
Зеленая линия показывает изменение консистенции материала с течением времени под действием температуры.
В таблице 2 отражены основные свойства примеров 5-8, а также сравнение свойств с наиболее близким аналогом.
Пример 9
Цель применения (решаемая проблема) – седиментационно-устойчивая рецептура с максимальными прочностными характеристиками и временем схватывания 6 часов при температуре от 50 до 90°C. Данная рецептура применима для установки опорных мостов, работ РИР и ликвидации поглощений с небольшой приемистостью, также для цементирования скважин.
Рецептура с максимальным содержанием гексаметафосфата натрия (долгое схватывание при температурах от 50 до 90°C)
Состав заявленного изобретения: молотый каустический магнезит с низкой температурой обжига, на основе оксида магния (MgO) с процентным содержанием оксида магния от 75 до 85 процентов - 18,38%, молотый каустический магнезит с высокой температурой обжига, на основе оксида магния (MgO) с процентным содержанием оксида магния от 75 до 85 процентов - 18,38%, хлорид магния (MgCl2) - 33,09%, сульфат магния семиводный (MgSO4⋅7H2O) - 0,33%, карбонат цинка (ZnCO3) - 3,26%, сульфат марганца - 3,68%, гексаметафосфат натрия (рассчитывается сверх 100%) - 3%, вода - остальное.
Данная рецептура седиментационно-устойчива - водоотделение 0 мл, нет расслоения до момента схватывания, обладает высокой прочностью 45 МПа на сжатие после 24 часов в заявленных условиях.
На графике фиг. 9 видно, что схватывание материала при 90°C произошло после 360 минут (6 часов) (зеленая линия).
Красная линия на графике показывает изменение температуры тестирования с комнатной температуры до необходимой температуры.
Синяя линия показывает изменение давления от атмосферных до 500 атм.
Зеленая линия показывает изменение консистенции материала с течением времени под действием температуры.
Пример 10
Цель применения (решаемая проблема) – седиментационно-устойчивая, рецептура с максимальными прочностными характеристиками и временем схватывания 55 минут при температуре от 50 до 90°C. Данная рецептура применима для установки опорных мостов, работ РИР и ликвидации поглощений со средней приемистостью, также для цементирования низа обсадной колонны.
Рецептура с минимальным содержанием гексаметафосфата натрия (короткое схватывание при температурах от 50 до 90°C)
Состав заявленного изобретения: молотый каустический магнезит с низкой температурой обжига, на основе оксида магния (MgO) с процентным содержанием оксида магния от 75 до 85 процентов - 18,38%, молотый каустический магнезит с высокой температурой обжига, на основе оксида магния (MgO) с процентным содержанием оксида магния от 75 до 85 процентов - 18,38%, хлорид магния (MgCl2) - 33,09%, сульфат магния семиводный (MgSO4⋅7H2O) - 0,33%, карбонат цинка (ZnCO3) - 3,26%, сульфат марганца - 3,68%, гексаметафосфат натрия (рассчитывается сверх 100%) - 0,4%, вода - остальное.
Данная рецептура седиментационно-устойчива - водоотделение 0 мл, нет расслоения до момента схватывания, обладает высокой прочностью 45 МПа на сжатие после 24 часов в заявленных условиях.
На графике фиг. 10 видно, что схватывание материала при 90°C произошло после 55 минут (зеленая линия).
Красная линия на графике показывает изменение температуры тестирования с комнатной температуры до необходимой температуры.
Синяя линия показывает изменение давления от атмосферных до 500 атм.
Зеленая линия показывает изменение консистенции материала с течением времени под действием температуры.
Пример 11
Цель применения (решаемая проблема) - облегченная и насыщенная кольматантами седиментационно-устойчивая рецептура с максимальными прочностными характеристиками и временем схватывания 6 часов при температуре от 50 до 90°C. Данная рецептура применима для некоторых работ РИР с максимальной приемистостью и ликвидации катастрофических поглощений, а также для цементирования верхних интервалов скважин, требующих облегченных составов.
Рецептура с максимальным содержанием гексаметафосфата натрия (длинное схватывание при температурах от 50 до 90°C)
Состав заявленного изобретения: молотый каустический магнезит с низкой температурой обжига, на основе оксида магния (MgO) с процентным содержанием оксида магния от 75 до 85 процентов - 17,46%, молотый каустический магнезит с высокой температурой обжига, на основе оксида магния (MgO) с процентным содержанием оксида магния от 75 до 85 процентов - 17,44%, хлорид магния (MgCl2) - 31,42%, сульфат магния семиводный (MgSO4⋅7H2O) - 0,37%, карбонат цинка (ZnCO3) - 3,72%, сульфат марганца - 3,49%, гексаметафосфат натрия (рассчитывается сверх 100%) - 3,7%, вода - остальное. Процент внесения облегчающих добавок и кольматанта зависит от проблематики на конкретной скважине.
3
3
Данная рецептура седиментационно-устойчива - водоотделение 0 мл, нет расслоения до момента схватывания, обладает высокой прочностью 30-35 МПа на сжатие после 24 часов в заявленных условиях, в зависимости от процента внесения облегчающих добавок и кольматантов и полученной в итоге плотности. Имеет плотность от 1,2 г/см до 1,55 г/см, в зависимости от процента внесения облегчающих добавок, рецептура имеет кольматирующий эффект за счет содержания в объеме кольматантов.
На графике фиг. 11 видно, что схватывание материала при 90°C произошло после 360 минут (6 часов) (зеленая линия).
Красная линия на графике показывает изменение температуры тестирования с комнатной температуры до необходимой температуры.
Синяя линия показывает изменение давления от атмосферных до 500 атм.
Зеленая линия показывает изменение консистенции материала с течением времени под действием температуры.
Пример 12
Цель применения (решаемая проблема) - облегченная и насыщенная кольматантами седиментационно-устойчивая рецептура с максимальными прочностными характеристиками и временем схватывания 55 минут при температуре от 50 до 90°C. Данная рецептура применима для некоторых работ РИР с максимальной приемистостью и ликвидации катастрофических поглощений.
Рецептура с минимальным содержанием гексаметафосфата натрия (короткое схватывание при температурах от 50 до 90°C)
Состав заявленного изобретения: молотый каустический магнезит с низкой температурой обжига, на основе оксида магния (MgO) с процентным содержанием оксида магния от 75 до 85 процентов - 17,46%, молотый каустический магнезит с высокой температурой обжига, на основе оксида магния (MgO) с процентным содержанием оксида магния от 75 до 85 процентов - 17,44%, хлорид магния (MgCl2) - 31,42%, сульфат магния семиводный (MgSO4⋅7H2O) - 0,37%, карбонат цинка (ZnCO3) - 3,72%, сульфат марганца - 3,49%, гексаметафосфат натрия (рассчитывается сверх 100%) - 0,5%, вода - остальное. Процент внесения облегчающих добавок и кольматанта зависит от проблематики на конкретной скважине.
3
3
Данная рецептура седиментационно-устойчива - водоотделение 0 мл, нет расслоения до момента схватывания, обладает высокой прочностью 30-35 МПа на сжатие после 24 часов в заявленных условиях, в зависимости от процента внесения облегчающих добавок и кольматантов и полученной в итоге плотности. Имеет плотность от 1,2 г/см до 1,55 г/см, в зависимости от процента внесения облегчающих добавок, рецептура имеет кольматирующий эффект за счет содержания в объеме кольматантов.
На графике фиг. 12 видно, что схватывание материала при 90°C произошло после 55 минут (зеленая линия).
Красная линия на графике показывает изменение температуры тестирования с комнатной температуры до необходимой температуры.
Синяя линия показывает изменение давления от атмосферных до 500 атм.
Зеленая линия показывает изменение консистенции материала с течением времени под действием температуры.
В таблице 3 отражены основные свойства примеров 9-12, а также сравнение свойств с наиболее близким аналогом.
Пример 13
Цель применения (решаемая проблема) - седиментационно устойчивая рецептура с максимальными прочностными характеристиками и временем схватывания 6 часов при температуре от 90 до 130°C. Данная рецептура применима для установки опорных мостов, работ РИР и ликвидации поглощений с небольшой приемистостью, также для цементирования скважин.
Рецептура с максимальным содержанием гексаметафосфата натрия (долгое схватывание при температурах от 90 до 130°C)
Состав заявленного изобретения: молотый каустический магнезит с высокой температурой обжига, на основе оксида магния (MgO) с процентным содержанием оксида магния от 75 до 85 процентов - 36,76%, хлорид магния (MgCl2) - 33,09%о, сульфат магния семиводный (MgSO4⋅7H2O) - 0,33%, карбонат цинка (ZnCO3) - 3,26%, сульфат марганца - 3,68%, гексаметафосфат натрия (рассчитывается сверх 100%) - 3%, вода - остальное.
Данная рецептура седиментационно-устойчива - водоотделение 0 мл, нет расслоения до момента схватывания, обладает высокой прочностью 40 МПа на сжатие после 24 часов в заявленных условиях.
На графике фиг. 13 видно, что схватывание материала при 130°C произошло после 360 минут (6 часов) (зеленая линия).
Красная линия на графике показывает изменение температуры тестирования с комнатной температуры до необходимой температуры.
Синяя линия показывает изменение давления от атмосферных до 500 атм.
Зеленая линия показывает изменение консистенции материала с течением времени под действием температуры.
Пример 14
Цель применения (решаемая проблема) – седиментационно-устойчивая, рецептура с максимальными прочностными характеристиками и временем схватывания 50 минут при температуре от 90 до 130°C. Данная рецептура применима для установки опорных мостов, работ РИР и ликвидации катастрофических поглощений, также для цементирования низа обсадной колонны.
Рецептура с минимальным содержанием гексаметафосфата натрия (короткое схватывание при температурах от 90 до 130°C)
Состав заявленного изобретения: молотый каустический магнезит с высокой температурой обжига, на основе оксида магния (MgO) с процентным содержанием оксида магния от 75 до 85 процентов - 36,76%, хлорид магния (MgCl2) - 33,09%, сульфат магния семиводный (MgSO4⋅7H2O) - 0,33%), карбонат цинка (ZnCO3) - 3,26%, сульфат марганца - 3,68%, гексаметафосфат натрия (рассчитывается сверх 100%) - 0,5%, вода - остальное.
Данная рецептура седиментационно-устойчива - водоотделение 0 мл, нет расслоения до момента схватывания, обладает высокой прочностью 45 МПа на сжатие после 24 часов в заявленных условиях.
На графике фиг. 14 видно, что схватывание материала при 130°C произошло после 60 минут (зеленая линия).
Красная линия на графике показывает изменение температуры тестирования с комнатной температуры до необходимой температуры.
Синяя линия показывает изменение давления от атмосферных до 500 атм.
Зеленая линия показывает изменение консистенции материала с течением времени под действием температуры.
Пример 15
Цель применения (решаемая проблема) - утяжеленная и насыщенная кольматантами седиментационно-устойчивая рецептура с максимальными прочностными характеристиками и временем схватывания 6 часов при температуре от 90 до 130°C. Данная рецептура применима для некоторых работ РИР с максимальной приемистостью и ликвидации катастрофических поглощений, а также для цементирования скважин, в зонах с аномально высокими пластовыми давлениями (например газовых).
Рецептура с максимальным содержанием гексаметафосфата натрия (длинное схватывание при температурах от 90 до 130°C)
Состав заявленного изобретения: молотый каустический магнезит с высокой температурой обжига, на основе оксида магния (MgO) с процентным содержанием оксида магния от 75 до 85 процентов - 34,91%, хлорид магния (MgCl2) - 31,42%, сульфат магния семиводный (MgSO4⋅7H2O) - 0,37%, карбонат цинка (ZnCO3) - 3,72%, сульфат марганца - 3,49%, гексаметафосфат натрия (рассчитывается сверх 100%) - 3,7%, вода - остальное. Процент внесения утяжеляющих добавок и кольматанта зависит от проблематики на конкретной скважине.
3
3
Данная рецептура седиментационно-устойчива - водоотделение 0 мл, нет расслоения до момента схватывания, обладает высокой прочностью 30-35 МПа на сжатие после 24 часов в заявленных условиях, в зависимости от процента внесения утяжеляющих добавок и кольматантов и полученной в итоге плотности. Имеет плотность от 1,7 г/см до 2,25 г/см, в зависимости от процента внесения утяжеляющих добавок, рецептура имеет кольматирующий эффект за счет содержания в объеме кольматантов.
На графике фиг. 15 видно, что схватывание материала при 130°C произошло после 360 минут (6 часов) (зеленая линия).
Красная линия на графике показывает изменение температуры тестирования с комнатной температуры до необходимой температуры.
Синяя линия показывает изменение давления от атмосферных до 500 атм.
Зеленая линия показывает изменение консистенции материала с течением времени под действием температуры.
Пример 16
Цель применения (решаемая проблема) - утяжеленная и насыщенная кольматантами седиментационно-устойчивая рецептура с максимальными прочностными характеристиками и временем схватывания 50 минут при температуре от 90 до 130°C. Данная рецептура применима для некоторых работ РИР с максимальной приемистостью и ликвидации катастрофических поглощений в скважинах с аномально высокими пластовыми давлениями, а также для цементирования низа обсадных колонн газовых скважин.
Рецептура с минимальным содержанием гексаметафосфата натрия (короткое схватывание при температурах от 90 до 130°C)
Состав заявленного изобретения: молотый каустический магнезит с высокой температурой обжига, на основе оксида магния (MgO) с процентным содержанием оксида магния от 75 до 85 процентов - 34,91%, хлорид магния (MgCl2) - 31,42%, сульфат магния семиводный (MgSO4⋅7H2O) - 0,37%), карбонат цинка (ZnCO3) - 3,72%, сульфат марганца - 3,49%, гексаметафосфат натрия (рассчитывается сверх 100%) - 0,7%, вода - остальное. Процент внесения утяжеляющих добавок и кольматанта зависит от проблематики на конкретной скважине.
3
3
Данная рецептура седиментационно-устойчива - водоотделение 0 мл, нет расслоения до момента схватывания, обладает высокой прочностью 30-35 МПа на сжатие после 24 часов в заявленных условиях, в зависимости от процента внесения утяжеляющих добавок и кольматантов и полученной в итоге плотности. Имеет плотность от 1,7 г/см до 2,25 г/см, в зависимости от процента внесения утяжеляющих добавок, рецептура имеет кольматирующий эффект за счет содержания в объеме кольматантов.
На графике фиг. 16 видно, что схватывание материала при 130°C произошло после 50 минут (зеленая линия).
Красная линия на графике показывает изменение температуры тестирования с комнатной температуры до необходимой температуры.
Синяя линия показывает изменение давления от атмосферных до 500 атм.
Зеленая линия показывает изменение консистенции материала с течением времени под действием температуры.
В таблице 4 отражены основные свойства описанных примеров 13-16, а также сравнение свойств с наиболее близким аналогом.
Пример 17
Цель применения (решаемая проблема) – седиментационно-устойчивая рецептура с максимальными прочностными характеристиками и временем схватывания 4 часа при температуре от 130 до 180°C. Данная рецептура применима для установки опорных мостов, работ РИР и ликвидации поглощений с небольшой приемистостью, также для цементирования высокотемпературных скважин.
Рецептура с максимальным содержанием нитрилотриметилфосфоновой кислоты (долгое схватывание при температурах от 130 до 180°C)
Состав заявленного изобретения: молотый каустический магнезит со сверхвысокой температурой обжига, на основе оксида магния (MgO) с процентным содержанием оксида магния от 75 до 85 процентов - 36,76%, хлорид магния (MgCl2) - 33,09%, сульфат магния семиводный (MgSO4⋅7H2O) - 0,33%, карбонат цинка (ZnCO3) - 3,26%, сульфат марганца - 3,68%, нитрилотриметилфосфоновая кислота (рассчитывается сверх 100%) - 1,4%, вода - остальное.
Данная рецептура седиментационно-устойчива - водоотделение 0 мл, нет расслоения до момента схватывания, обладает высокой прочностью 25 МПа на сжатие после 24 часов в заявленных условиях.
На графике фиг. 17 видно, что схватывание материала при 160°C произошло после 240 минут (4 часов) (зеленая линия).
Красная линия на графике показывает изменение температуры тестирования с комнатной температуры до необходимой температуры.
Синяя линия показывает изменение давления от атмосферных до 500 атм.
Зеленая линия показывает изменение консистенции материала с течением времени под действием температуры.
Пример 18
Цель применения (решаемая проблема) – седиментационно-устойчивая рецептура с максимальными прочностными характеристиками и временем схватывания 40 минут при температуре от 130 до 180°C. Данная рецептура применима для установки опорных мостов, работ РИР и ликвидации поглощений, также для цементирования высокотемпературных скважин.
Рецептура с минимальным содержанием нитрилотриметилфосфоновой кислоты (быстрое схватывание при температурах от 130 до 180°C)
Состав заявленного изобретения: молотый каустический магнезит со сверхвысокой температурой обжига, на основе оксида магния (MgO) с процентным содержанием оксида магния от 75 до 85 процентов - 36,76%, хлорид магния (MgCl2) - 33,09%), сульфат магния семиводный (MgSO4⋅7H2O) - 0,33%), карбонат цинка (ZnCO3) - 3,26%, сульфат марганца - 3,68%, нитрилотриметилфосфоновая кислота (рассчитывается сверх 100%) - 0,3%, вода - остальное.
Данная рецептура седиментационно-устойчива - водоотделение 0 мл, нет расслоения до момента схватывания, обладает высокой прочностью 30 МПа на сжатие после 24 часов в заявленных условиях.
На графике фиг. 18 видно, что схватывание материала при 160°C произошло после 40 минут (зеленая линия).
Красная линия на графике показывает изменение температуры тестирования с комнатной температуры до необходимой температуры.
Синяя линия показывает изменение давления от атмосферных до 500 атм.
Зеленая линия показывает изменение консистенции материала с течением времени под действием температуры.
Пример 19
Цель применения (решаемая проблема) - утяжеленная и насыщенная кольматантами седиментационно-устойчивая рецептура с максимальными прочностными характеристиками и временем схватывания 4 часа при температуре от 130 до 180°C. Данная рецептура применима для некоторых работ РИР с максимальной приемистостью и ликвидации катастрофических поглощений, а также для цементирования высокотемпературных скважин, в зонах с аномально высокими пластовыми давлениями (например, газовых).
Рецептура с максимальным содержанием нитрилотриметилфосфоновой кислоты (длинное схватывание при температурах от 130 до 180°C)
Состав заявленного изобретения: молотый каустический магнезит со сверх высокой температурой обжига, на основе оксида магния (MgO) с процентным содержанием оксида магния от 75 до 85 процентов - 34,91%, хлорид магния (MgCl2) - 31,42%), сульфат магния семиводный (MgSO4⋅7H2O) - 0,37%, карбонат цинка (ZnCO3) - 3,72%, сульфат марганца - 3,49%), нитрилотриметилфосфоновая кислота (рассчитывается сверх 100%) - 1,7%, вода - остальное. Процент внесения утяжеляющих добавок и кольматанта зависит от проблематики на конкретной скважине.
3
3
Данная рецептура седиментационно-устойчива - водоотделение 0 мл, нет расслоения до момента схватывания, обладает высокой прочностью 20-25 МПа на сжатие после 24 часов в заявленных условиях, в зависимости от процента внесения утяжеляющих добавок и кольматантов и полученной в итоге плотности. Имеет плотность от 1,7 г/см до 2,25 г/см, в зависимости от процента внесения утяжеляющих добавок, рецептура имеет кольматирующий эффект за счет содержания в объеме кольматантов.
На графике фиг. 19 видно, что схватывание материала при 160°C произошло после 240 минут (4 часа) (зеленая линия).
Красная линия на графике показывает изменение температуры тестирования с комнатной температуры до необходимой температуры.
Синяя линия показывает изменение давления от атмосферных до 500 атм.
Зеленая линия показывает изменение консистенции материала с течением времени под действием температуры.
Пример 20
Цель применения (решаемая проблема) - утяжеленная и насыщенная кольматантами седиментационно-устойчивая рецептура с максимальными прочностными характеристиками и временем схватывания 40 минут при температуре от 130 до 180°C. Данная рецептура применима для некоторых работ РИР с максимальной приемистостью и ликвидации катастрофических поглощений в скважинах с аномально высокими пластовыми давлениями, а также для цементирования низа обсадных колонн газовых скважин.
Рецептура с минимальным содержанием нитрилотриметилфосфоновой кислоты (короткое схватывание при температурах от 130 до 180°C)
Состав заявленного изобретения: молотый каустический магнезит со сверхвысокой температурой обжига, на основе оксида магния (MgO) с процентным содержанием оксида магния от 75 до 85 процентов - 34,91%, хлорид магния (MgCl2) - 31,42%, сульфат магния семиводный (MgSO4⋅7H2O) - 0,37%, карбонат цинка (ZnCO3) - 3,72%, сульфат марганца - 3,49%, нитрилотриметилфосфоновая кислота (рассчитывается сверх 100%) - 0,7%, вода - остальное. Процент внесения утяжеляющих добавок и кольматанта зависит от проблематики на конкретной скважине.
3
3
Данная рецептура седиментационно-устойчива - водоотделение 0 мл, нет расслоения до момента схватывания, обладает высокой прочностью 20-25 МПа на сжатие после 24 часов в заявленных условиях, в зависимости от процента внесения утяжеляющих добавок и кольматантов и полученной в итоге плотности. Имеет плотность от 1,7 г/см до 2,25 г/см, в зависимости от процента внесения утяжеляющих добавок, рецептура имеет кольматирующий эффект за счет содержания в объеме кольматантов.
На графике фиг. 20 видно, что схватывание материала при 160°C произошло после 40 минут (зеленая линия).
Красная линия на графике показывает изменение температуры тестирования с комнатной температуры до необходимой температуры.
Синяя линия показывает изменение давления от атмосферных до 500 атм.
Зеленая линия показывает изменение консистенции материала с течением времени под действием температуры.
В таблице 5 отражены основные свойства примеров 17-20, а также сравнение свойств с наиболее близким аналогом.
При определении эксплуатационных характеристик составов по примерам 1-20 использованы следующие методики:
1. ГОСТ 310.4-81 Цементы. Методы определения предела прочности при сжатии.
2. Рост прочности определялся по тому, был ли рост в прочностных характеристиках после пребывания в водной среде в течение недели.
3. Водоотделение определялось согласно методике API, за исключением того, что итоговое водоотделение замерялось в момент начала схватывания материала, а не спустя 2 часа, как сказано в методике.
Исходя из анализа эксплуатационных характеристик заявленного изобретения, можно утверждать, что при его применении удается добиться седиментационной устойчивости рецептур, есть возможность изменять плотность рецептур в широком диапазоне, что позволяет успешно проводить работы как при экстремально низких, так и при экстремально высоких пластовых давлениях.
Все РИР (ремонтно-изоляционные работы), ликвидация поглощений, цементирование скважин с применением составов по заявленному изобретению выполнены успешно.
Температурный диапазон применения заявленного состава составляет от минус 5°C. до 180°C.
Состав обладает повышенной седиментационной устойчивостью в сравнении с другими магнезиальными цементами, что особенно важно при установке цементных мостов и многих РИР.
При проведении работ по установке мостов обнаружение моста происходило всегда в указанном интервале.
Предлагаемый способ превосходит отечественные и зарубежные аналоги по прочностным характеристикам, по точности прогнозирования сроков схватывания тампонажного камня, по обеспечению водостойкости полученного тампонажного камня в условиях заводненности, по возможности регулирования плотности составов.