ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР
GROUTING MORTAR

Изобретение относится к тампонажным растворам для изоляции продуктивных пластов при цементировании обсадных колонн в нефтяных, газовых и газоконденсатных скважинах.
Известен тампонажный раствор, содержащий портландцемент, суперпластификатор С-3, сульфацелл и воду /Патент РФ №2136843, E21B 33/138, опубл. 10.09.1999 г./.
Недостатком данного раствора является повышенная плотность раствора и невысокая растекаемость, что может вызвать поглощение тампонажного раствора в процессе цементирования и недоподъем цементного раствора до проектной высоты, недостаточная прочность сцепления камня с металлом обсадных труб.
Наиболее близким к предлагаемому по составу и назначению является тампонажный раствор, содержащий портландцемент тампонажный, комплексный реагент, включающий понизитель водоотдачи, пластификатор и структурообразователь /Патент РФ №2259468, МПК E21B 33/138, опубл. 27.08.2005 г./.
В качестве структурообразователя использованы неорганические соли - соединения алюминия (типа ГОХА - гидрооксихлорид алюминия), понизителем водоотдачи - сульфацелл, пластификатором - С-3.
Недостатком этого раствора является недостаточная изолирующая способность, быстрое структурообразование (практически с момента затворения) в результате высокой реакционной способности соединений алюминия (типа ГОХА), что способствует созданию дополнительных гидравлических сопротивлений при цементировании обсадных колон, гидроразрыву пластов с поглощением раствора и недоподъему его до проектной высоты. Кроме того, тампонажный камень обладает недостаточной прочностью сцепления с обсадной колонной, что не позволяет обеспечить герметичность заколонного пространства в процессе ОЗЦ.
При создании изобретения решалась задача повышения качества цементирования обсадных колонн в интервалах продуктивных и водоносных пластов.
Техническим результатом изобретения является разработка тампонажного раствора с повышенной изолирующей способностью за счет пониженной водоотдачи, газоблокирующих свойств, обеспечиваемых интенсивным структурообразованием раствора после размещения раствора в интервале продуктивных пластов, исключения поглощений в процессе цементирования колонн, формирования непроницаемого камня с повышенной прочностью сцепления с колонной.
Решение поставленной задачи достигается тем, что тампонажный раствор, включающий тампонажный портландцемент, понизитель водоотдачи, пластификатор и структурообразователь, в отличие от прототипа содержит в качестве структурообразователя 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
58,46-60,64
Микрокремнезем МК-85
1,19-1,24
Раствор CaCl<sub>2</sub>
32,81-34,04
Натросол 250 EXR
2,62-2,72
Окзил-см
1,36-4,92
пл
о
Использование в качестве структурообразователя микрокремнезема МК-85 и раствора хлорида кальция в совокупности с натросолом 250 EXR и окзилом-см позволяет обеспечить низкие значения η (пластическая вязкость) и τ (динамическое напряжение сдвига) в процессе затворения, закачивания и продавливания тампонажного раствора в затрубное пространство с последующим интенсивным структурообразованием в статических условиях, предотвращающим проникновение пластовых флюидов в затрубное пространство и опасность создания каналов фильтрации (миграции) по камню и контактным каналам камня с колонной и породой.
Взаимное влияние компонентов друг на друга, их синергетическое действие позволяет получить тампонажный раствор с повышенной седиментационной устойчивостью и улучшенной изолирующей способностью за счет пониженной водоотдачи (за счет натросола 250 EXR и окзила-см) и камень с повышенной прочностью сцепления и непроницаемостью.
В экспериментах использован микрокремнезем МК-85 Челябинского электрометаллургического завода по ТУ 5743-048-02495332-96, который представляет собой ультрадисперсный материал, состоящий из частиц сферической формы (диаметром 0,25 мкм и менее), получаемый в процессе газоочистки печей при производстве кремнийсодержащих сплавов. Основным компонентом материала является диоксид кремния аморфной модификации. Некомпенсированные заряды высокодисперсного микрокремнезема образуют связи с водорастворимыми полимероми.
Натросол 250 EXR - реагент, понижающий седиментацию и водоотдачу. Благодаря неионному характеру натросол обладает широким спектром совместимости с другими компонентами раствора.
Пластификатор окзил-см - окисленный хромзамещенный лигносульфонатный термостойкий реагент (продукт окисления сульфит-спиртовой барды (ССБ) хромпиком в кислой среде). Выпускается в виде сыпучего тонкого порошка зеленовато-коричневого (темно-коричневого) цвета, хорошо растворимого в воде.
3
Для приготовления тампонажного раствора использовался портландцемент ПЦТ 1-50 по ГОСТ 1581-96 ОАО «Сухоложскцемент», микрокремнезем МК-85 по ТУ 5743-048-02495332-96 ООО «Братский завод ферросплавов»; хлорид кальция плотностью 1,065 г/см - по ГОСТ 450-77; натросол 250 EXR - по ТУ 2231-001-32195737-2005 ОАО НТФ «Эфиры целлюлозы».; окзил-см - по ТУ 2454-335-05133190-2004 ОАО «Дубитель», г.Уфа.
Определение основных свойств тампонажного раствора и камня проводили при температуре (20±2)°С в соответствии с ГОСТ 26798.1-96 «Цементы тампонажные. Методы испытаний». Плотность тампонажного раствора определяли ареометром типа АБР - 1М по методике, предусмотренной инструкцией по эксплуатации ареометра, водоотдачу за 30 мин - на приборе ВМ-6. Реологические характеристики определялись на вискозиметре фирмы «CHANDLER ENGINEERING» модели 3500LS по методике, предусмотренной инструкцией прибора. Предел прочности камня на изгиб и сжатие замерялись на испытательной машине фирмы «CONTROLS», прочность на сцепление с металлом - на гидравлическом прессе П-10. Проницаемость камня определялась на приборе фирмы «CHANDLER ENGINEERING» модели 2030, по методике, предусмотренной инструкцией прибора.
3
Тампонажный раствор готовили следующим образом. Сухую смесь цемента и микрокремнезема МК-85 перемешивали. Затем в растворе хлорида кальция плотностью 1,065 г/см растворяли необходимое количество натросола 250 EXR при перемешивании в течение 15 мин на магнитной мешалке ММ-5, затем добавляли нужное количество окзила-см и продолжали растворять в течение 20 мин. На полученном растворе затворяли сухую смесь в лабораторном смесителе СЛ-1 в течение 3 мин. После этого определялись параметры раствора и свойства сформированного камня.
Раствор прототипа также приготовлен в лабораторных условиях и замерены его параметры - реологические характеристики, прочностные свойства камня и проницаемость
3
Пример. Для приготовления 1 кг тампонажного раствора (таблица, состав 4) приготавливают 550 г раствора хлорида кальция плотностью 1,065 г/см и растворяют 4,4 г натросола 250 EXR и 2,2 г окзила-см. Сухую смесь (980 г портландцемента тампонажного и 20 г микрокремнезема МК-85) и жидкость затворения перемешивают три минуты, после чего определяют плотность, водоотдачу и реологические показатели. Раствор заливают в формы для определения прочности камня на изгиб, сжатие, сцепление и в формы прибора для определения проницаемости.
3
-3
2
Приготовленный состав имеет плотность 1,81 г/см, растекаемость 205 мм, водоотделение отсутствует, водоотдача 12,0 см, прочность сцепления 1,6 МПа, проницаемость камня - 0,0001×10 мкм (непроницаем).
Примеры приготовления и испытания остальных составов, приведенных в таблице, аналогичны вышеописанному.
Для выявления отличительных признаков и положительного эффекта изменяли массовые соотношения ингредиентов.
-3
2
Как видно из таблицы, заявляемый тампонажный раствор с оптимальным соотношением компонентов обладает лучшими свойствами, чем прототип. Структурообразование происходит по другому принципу - после приготовления раствора действует хлорид кальция (придает раствору седиментационную устойчивость), а затем, после окончания продавливания раствора в затрубное пространство, в статических условиях происходит интенсивное структурирование системы за счет взаимодействия микрокремнезема МК-85 с хлоридом кальция и продуктами гидратации цемента. Структурирование раствора обеспечивает усиление действия натросола 250 EXR в качестве понизителя водоотдачи и формирование непроницаемого (0,0001×10 мкм) тампонажного камня с повышенный прочностью сцепления с колонной (1,6 МПа).
При определении реологических характеристик прототипа установлено, что после приготовления раствора происходит резкое загустевание. Раствор плохо перемешивается в результате высокой реакционной способности структурообразователя ГОХА, пластическая вязкость составляет 106 сП, динамическое напряжение сдвига - 424 дПа. Сформированный камень обладает недостаточной прочностью сцепления 0,7 МПа и большей проницаемостью по сравнению с заявляемым раствором.
Таким образом, из тампонажного портландцемента, микрокремнезема МК-85, хлорида кальция, натросола 250 EXR и пластификатора окзил-см могут быть приготовлены тампонажные растворы с приемлемыми технологическими характеристиками, которые могут применяться для цементирования обсадных колонн в интервалах продуктивных и водоносных пластов.