Облегченный тампонажный состав для цементирования скважин в высокопроницаемых горных породах в условиях сероводородной агрессии
LIGHT-WEIGHT GROUTING COMPOSITION FOR WELL CEMENTING IN HIGH-PERMEABILITY ROCKS UNDER CONDITIONS OF HYDROGEN SULPHIDE AGGRESSION

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к тампонажным растворам, предназначенным для цементирования скважин в условиях интенсивных (полных) поглощений и сероводородной агрессии.
Известен тампонажный состав для изоляции зон поглощения (патент РФ №2161240, Е21В 33/138, 06.05.1998), включающий, мас. %: цемент (100), хлористый кальций (2-2,5), кальцинированную соду (1,5-2), двуокись марганца (0,4-1) и воду (45-50). Дополнительно авторы указывают на способность указанного цементного раствора противодействовать сероводородной агрессии, благодаря нейтрализующему действию двуокиси марганца. Недостатком данного тампонажного состава является то, что, во-первых, раствор относится к быстросхватывающим смесям за счет использования хлористого кальция, который снижает прочность цементного камня, особенно в условиях сероводородной агрессии. Во-вторых, двуокись марганца по нейтрализующей способности сероводорода наиболее эффективна при пониженных значениях показателя рН, а тампонажный раствор имеет показатель рН, равный 12-13. По данным Я.А. Рязанова (Энциклопедия по буровым растворам. - Оренбург: Летопись, 2005. - 664 с.) при увеличении рН с 4 до 9 поглотительная способность двуокиси марганца уменьшается в 1,5 раза. Кроме этого, после затвердевания цементного камня двуокись марганца вообще не будет вступать в реакцию с сероводородом.
Известен расширяющийся тампонажный цемент (патент РФ №2013523, Е21В 33/138, 18.03.1991) для цементирования скважин, располагающихся в пластах с флюидами, содержащими сероводород. Тампонажный цемент содержит, мас. %: портландцемент (7-14), сульфатосодержащий компонент (6-13) и сульфоалюминатное гидравлическое вяжущее (73-87). Основным недостатком указанного тампонажного цемента является необходимость его изготовления по специальной технологии на цементном заводе, что значительно затрудняет его оперативное применение, особенно при цементировании поисковых и разведочных скважин.
Известна тампонажная смесь, предназначенная для изоляции зон интенсивного (полного) поглощения (патент РФ №2474603, С09К 8/467, 11.05.2011). Тампонажная смесь содержит, вес.%: тампонажный портландцемент (100), глинопорошок - бентонит (25-50), сернокислый глинозем (0,5-0,6), полые стеклянные сферы (5-10), высоководопотребное тонкомолотое вяжущее - «Микродур» или «ИНТРАЦЕМ» (5-10) и воду (195-346). Недостатком указанной тампонажной смеси является использование бентонита, способствующего кратному снижению прочности цементного камня, особенно в условиях сероводородной агрессии.
Известен тампонажный раствор, предназначенный для крепления скважин, в разрезе которых встречаются пласты с аномально низкими пластовыми давлениями в условиях сероводородной агрессии (а.с. №1682531 A1, Е21В 33/138, 19.07.1989, прототип). Тампонажный раствор содержит, мас. %: тампонажный цемент (52,6-62,5), хромфтористые отходы производства полупроводников (ХФО) (2,9-6,6) и воду (остальное). Данный тампонажный раствор имеет суффозную и седиментационную устойчивость при высоком водоцементном отношении и низкой плотности, высокую скорость твердения и термостойкость. Недостатком указанного тампонажного раствора является сложность его приготовления (устанавливают приблизительно количество ХФО, определяют влажность ХФО путем высушивания, рассчитывают требуемое количество пасты, помещают в воду затворения и тщательно перемешивают и т.п.).
Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является получение облегченного тампонажного раствора, обладающего кольматирующей способностью, и, цементный камень которого способен расширяться при твердении и противостоять сероводородной агрессии.
Технический результат изобретения заключается в качественном цементировании скважин в условиях полных поглощений и сероводородной агрессии.
Решение поставленной задачи достигается тем, что к известному тампонажному сульфатостойкому цементу ПЦТ I-G СС-1 добавляется расширяющая добавка (ДР), микрокалиброванное гранулированное пеностекло (МКГПС), газоблокатор для снижения фильтрации, водо- и газопроницаемости (Газблок) и вода, при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:
- ПЦТ I-G СС-1
100,0;
- Расширяющая добавка (ДР-100)
1,0;
- Микрокалиброванное гранулированное пеностекло
6,0;
- Газблок
0,5;
- Вода
55,9.
Доровских И.В. (Обоснование и получение коррозионно-стойких тампонажных материалов со смешанной конденсированной фазой для строительства скважин: автореферат дис. … канд. техн. наук: Специальность 25.00.15 «Бурение и освоение скважин». - Санкт-Петербург: СПГГУ, 2011. - 20 с.) предлагает использовать сульфатостойкий портландцемент марки ПЦТ И-СС-100 с добавками к жидкости затворения (воде) 0,5% КМЦ и 5% РДН-У (реагент для добычи нефти универсальный). Согласно промысловым данным ООО «Лукойл-Коми» на площадях и месторождениях Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции применяет сульфатостойкие цементы марки ПЦТ I-G СС-1 для крепления скважин в условиях сероводородной агрессии (содержание сероводорода до 15% об.). Сульфатостойкий портландцемент конечно не обладает коррозионной стойкостью к сероводороду с содержанием более 6%. Однако процессы коррозии в цементном камне можно замедлить использованием газоблокаторов, которые снижают не только водо-, но и газопроницаемость. В качестве газоблокатора используется реагент «Газблок».
Газблок представляет собой реагент на основе синтетических сульфированных полимеров и предназначен для снижения фильтрации тампонажных растворов, предотвращения заколонной миграции пластовых флюидов и снижения водо- и газопроницаемости. Изготавливается по ТУ 2458-065-97457491-2012 ЗАО «НПО «ПОЛИЦЕЛЛ». Газблок вызывает замедление нарастания предельного статического напряжения сдвига тампонажных растворов, способствуя тем самым передаче гидростатического давления на забой скважины. В конце периода замедленного нарастания предельного статического напряжения сдвига вызывает быстрое схватывание цементного раствора, препятствуя проникновению газа в заколонное пространство. Реагент не обладает эффектом замедления сроков схватываня цементного раствора, сохраняет работоспособность при температуре 210°С и не загущает раствор. Ориентировочные добавки в пределах 0,3-0,5% к массе сухого цемента для эффективного снижения показателя фильтрации и 0,6-0,8% к массе сухого цемента для предотвращения заколонных перетоков флюидов.
Для решения поставленных задач исходный состав тампонажной жидкости должен включать кроме вяжущего материала кольматирующую и расширяющую добавку. В качестве кольматирующей добавки используется микрокалиброванное гранулированное пеностекло (МКГПС), расширяющей добавки - ДР-100.
Микрокалиброванное гранулированное пеностекло (производство компании «СТЭС-ВЛАДИМИР, КГПС «НЕОПОРМ») характеризуется не только низкой плотностью, но и высокой удельной прочностью на объемное сжатие. МКГПС обладает большой удельной поверхностью, поэтому оно более активно адсорбируют жидкость затворения на начальном этапе гидратации, равномерно распределяясь в объеме раствора (камня), образуя композитный материал. В предлагаемом тампонажном растворе МКГПС используется в качестве облегчающей добавки. Кроме снижения плотности и повышения закупоривающих свойств тампонажного раствора добавка МКГПС обеспечивает высокое качество изоляции поглощений за счет увеличения адгезионного сцепления камня со стенками поглощающих каналов, которое возникает у предварительно напряженного камня при изменении давления в процессе проведения цементирования.
Расширяющая добавка ДР-100 представляет собой тонкоизмельченную смесь, состоящую из смеси минеральных окислов Са и Mg (патент РФ №2319722, С09К 8/467, 22.06.2006) (https://www.mramor-m.ru/dobavka-tamponazhnaya-rasshiryatushhaya-dtr/), которые контролируют усадку тампонажного раствора при твердении, обеспечивая расширение в пластичном и затвердевшем состоянии. Изготавливается по ТУ 2458-077-97457491-2012 ЗАО «НПО «ПОЛИЦЕЛЛ». Добавка обеспечивает объемное расширение цементного камня тампонажных растворов при цементировании нефтяных и газовых скважин с температурой до 100°С. Ориентировочная дозировка до 20% от массы сухого цемента для марки «Полицем ДР-100». При этом линейное расширение цементного камня составляет 1-5%.
Для проверки эффективности действия предлагаемого тампонажного раствора проведены лабораторные исследования. Замеры технологических параметров тампонажного раствора проводились с использованием стандартных приборов. Результаты технологических свойств и параметров предлагаемого тампонажного раствора представлены в таблице 1.
3
3
Результаты проведенных исследований (таблица 1) показывают, что тампонажный раствор обладает достаточной подвижностью (растекаемость - 23,5 см) и прочностью цементного камня (6,617 МПа - на изгиб; 11,535 МПа - на сжатие) при пониженной плотности (1540 кг/м), что обеспечивается обработкой раствора МКГПС, обеспечивающего также кольматацию поглощающего пласта. Отличительной особенностью тампонажного раствора является очень низкая фильтрация (9 см /30 мин.) за счет обработки раствора Газблоком, который обеспечивает коррозионную стойкость цементного камня в условиях сероводородной агрессии за счет снижения водоотдачи и проницемости. Сроки схватывания (начало - 9 ч., конец - 10 ч. 45 мин.) достаточны для прокачивания цементного раствора на большие глубины.
Для проведения исследований по оценке сероводородной стойкости цементного камня использовался коэффициент коррозионной стойкости (ККС), предложенный В.С. Данюшевским, который определялся как отношение предела прочности при сжатии и на изгиб для материала образцов, испытанных в агрессивной среде, к аналогичному показателю для контрольных образцов. ККС является критерием сравнительной стойкости цементов. Цемент признается стойким к агрессии и долговечным при величине ККС, равной или более 0,85, менее 0,85 считается нестойким в данной среде. Исследования в агрессивной среде проводились в течение 3 месяцев в пластовой воде, содержащей сероводород в количестве 1% об. Результаты исследований представлены в таблице 2, из которых видно, что разработанный цементный камень является коррозионностойким.
Вышеперечисленные признаки позволяют считать заявляемый состав тампонажного раствора новым, не описанным в научно-технической и патентной литературе.