УТЯЖЕЛЕННЫЙ ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР
WEIGHTED GROUTING MORTAR

Изобретение относится к тампонажным растворам, используемым при цементировании обсадных колонн глубоких нефтяных и газовых скважин в интервале аномально высоких пластовых давлений и температур.
Известны утяжеленные тампонажные растворы, включающие портландцемент тампонажный, утяжеляющую добавку и воду (Каримов Н.Х. и др. Тампонажные смеси для скважин с аномальными пластовыми давлениями. М.: Недра, 1977, с. 97).
Недостатком известных утяжеленных тампонажных растворов является преждевременное загустевание, приводящее к различным осложнениям при цементировании обсадных колонн, например недоподъемы раствора, гидроразрывы пластов и оставление больших цементных стаканов. Повышение водосмесевого отношения приводит к улучшению прокачиваемости тампонажного раствора, но при этом уменьшается плотность и снижается седиментационная устойчивость раствора, что является причиной образования водяных поясов и каналов, снижающих качество крепления обсадных колонн в интервале аномально высоких пластовых давлений и температур.
Наиболее близким по составу и назначению является утяжеленный тампонажный раствор, включающий портландцемент тампонажный, утяжеляющую добавку железорудный концентрат, феррохромлигносульфонат и воду (Патент РФ 2109924).
Недостатком известного раствора является преждевременное загустевание, приводящее к уменьшению времени прокачиваемости, седиментационная неустойчивость и невысокая плотность тампонажного раствора, что не дает возможности его использования в интервале аномально высоких пластовых давлений и температур.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - улучшение основных технологических параметров утяжеленного тампонажного раствора и камня, обеспечивающего безаварийный процесс цементирования обсадных колонн в зоне аномально высоких пластовых давлений.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение плотности и седиментационной устойчивости, увеличение времени прокачиваемости утяжеленного тампонажного раствора при повышенных температурах при одновременном обеспечивании остальных технологических параметров раствора и камня.
Поставленная задача и технический результат достигается тем, что утяжеленный тампонажный раствор, включающий портландцемент тампонажный, утяжеляющую добавку и воду, отличающийся тем, что в качестве утяжеляющей добавки содержит концентрат галенитовый из свинцовых руд, в качестве замедлителя сроков схватывания нитрилотриметилфосфоновую кислоту, дополнительно Натросол 250 EXR при следующем соотношении компонентов, масс. %:
Портландцемент тампонажный
50,0-53,85
Концентрат галенитовый из свинцовых руд
23,05-26,92
Нитрилотриметилфосфоновая кислота
0,015-0,03
Натросол 250 EXR
0,08-0,11
Вода
остальное
Таким образом, сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый утяжеленный тампонажный раствор отличается от известного введением новых компонентов, а именно концентрата галенитового из свинцовых руд, Натросола 250 EXR и нитрилотриметилфосфоновой кислоты (НТФ) при вышеприведенном соотношении компонентов, т.е. заявляемое изобретение отвечает критерию «новизна».
Поскольку использование изобретения позволяет осуществить существующую потребность, заявляемое изобретение отвечает критерию «изобретательский уровень».
Концентрат галенитовый из свинцовых руд (КГ-2) выпускается в качестве утяжелителя для буровых растворов.
3
Согласно ТУ 1725-011-56864391-2008 плотность утяжелителя составляет 6,8 г/см. Концентрат галенитовый КГ-2 обеспечивает утяжеление буровых и тампонажных растворов, а благодаря высокой дисперсности седиментационную устойчивость растворов. Стабилизации утяжеленного тампонажного раствора достигается путем добавления полимерного реагента - гидросиэтилцеллюлозы типа Натросола 250 EXR. Добавка Натросола 250 EXR удерживает утяжелитель, дозировку Натросола 250 EXR подбирают на основе лабоанализа. Наличие НТФ обеспечивает высокую прокачиваемость и устранение преждевременного загустевания утяжеленного тампонажного раствора при низких водосмесевых отношениях.
Сравнительные данные свойств известного состава приведены в табл.1, а заявляемого утяжеленного тампонажного раствора в предельных (составы 1-7) и запредельных значениях ингредиентов (составы 8-13) в табл. 2.
Утяжеленный тампонажный раствор готовят следующим образом. Необходимое количество НТФ растворяют в воде. Затем на полученном водном растворе при непрерывном перемешивании затворяют смесь портландцемента тампонажного, концентрата галенитового из свинцовых руд и Натросола 250 EXR в заданных соотношениях.
В представленных экспериментах использовали портландцемент тампонажный ПЦТ 1G-CC-1 по ГОСТ 1581-91, концентрат галенитовый КГ-2 по ТУ 1725-011-56864391-2007, нитрилотриметилфосфоновую кислоту по ТУ 2439-347-05763441-2001, Натросол 250 EXR по ТУ 2231-001-21095737-2005 и воду водопроводную по ГОСТ Р 51232-98.
Определение основных свойств утяжеленного тампонажного раствора и камня производят в соответствии ГОСТ 26798.1-96 «Цементы тампонажные. Методы испытаний». Определение плотности, растекаемости, водоотделения производят при 20±2°С и атмосферном давлении. Для условий аномально высоких пластовых давлений при режимной температуре 120±2°С и давлении 85 МПа. Растекаемость определяют по конусу Аз-НИИ, плотность - пикнометром, коэффициент водоотделения - в мерном цилиндре, сроки схватывания - иглой Вика, время загустевания на консистометре двухкамерном модели 7025 А10, пределы прочности камня при сжатии на тестере прочности на сжатие модели 4268.
3
Пример. Для приготовления 1 кг утяжеленного тампонажного раствора (состав 4, табл. 2) необходимо взять 0,2 г НТФ, последовательно растворить в 230,5 см воды, затем 538 г портландцемента смешать с 230,5 г концентрата галенитового из свинцовых руд,   0,8 г Натросола 250 EXR и полученную сухую смесь затворить приготовленной жидкостью известными способами. Состав перемешивают 3 мин, после чего определяют плотность, растекаемость, коэффициент водоотделения. Раствор заливают в формы для определения сроков схватывания, времени загустевания и предела прочности камня. При повышенных температурах образцы хранят в камере твердения модели 1910. Камень испытывают на прочность через 24 ч твердения при режимных температурах и давлении.
3
Результаты испытаний приведены в табл.2. Приготовленный состав 4 имеет плотность 2,3 г/см, растекаемость 190 мм, коэффициент водоотделения - нулевой. Время загустевания при 120°C и давлении 85 МПа через 5 ч 50 мин, предел прочности при сжатии - 13,8 МПа. Примеры приготовления испытания остальных составов, приведенных в табл. 2, аналогичны вышеописанному.
Для выявления отличительных признаков и положительного эффекта изменяли массовые соотношения ингредиентов в широком интервале значений.
3
Как видно из данных таблиц, заявляемый утяжеленный тампонажный раствор обладает повышенной по сравнению с прототипом плотностью от 2,3 до 2,33 г/см, растекаемостью от 185 мм до 202 мм, более длительным временем загустевания при граничных значениях НТФ от 0,015 до 0,03 мас. %, концентрата галенитового из свинцовых руд от 23,05 до 26,92 мас. % и более высокой седиментационной устойчивостью при граничных значениях портландцемента от 49,95 до 53,85 мас. %, Натросола 250 EXR от 0,08 до 0,11 мас. %, водосодержании от 23,08 до 23,95 мас. %. При этом сохраняются основные технологические параметры (время загустевания раствора и прочность камня).
3
3
При содержании в растворе концентрата галенитового из свинцовых руд менее 23,05 мас. % плотность раствора составляет 2,22 г/см при растекаемости от 210 мм до 215 мм (составы 8, 9, 11), а при содержании концентрата галенитового более 26,92 мас. % плотность 2,31 г/м, растекаемость снижается до 165 мм (состав 12).
Тампонажный раствор без добавки в него Натросола 250 EXR является седиментационно-неустойчивым, водоотделение составляет от 3,0 до 3,2% (составы 8, 9, 10, 11). При увеличении концентрации Натросола 250 EXR более 0,11 мас. % снижается прокачиваемость, растекаемость снижается до 165 мм (состав 12).
Необходимое время прокачивания раствора обеспечивается добавкой НТФ, при ее добавке более 0,03 мас. % наблюдается длительное время загустевания до 9 ч 20 мин (состав 13).
Предлагаемый утяжеленный тампонажный раствор позволяет повысить качество крепления глубоких скважин и предотвратить газонефтепроявления, имеющие место при цементировании обсадных колонн в зонах аномально высоких пластовых давлений и высоких температур. Использование материалов - портландцемента тампонажного, концентрата галенитового из свинцовых руд, Натросола 250 EXR, НТФ и воды, применяемых при цементировании, позволяет снизить затраты на строительство скважин, т.к. отпадает необходимость в доставке специальных утяжеленных цементов.