Основа утяжеленного термостойкого тампонажного раствора
BASE OF A WEIGHTED HEAT-RESISTANT GROUTING SOLUTION

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, и конкретно к основе отверждаемого тампонажного раствора, используемого для заполнения внутреннего объема открытого и обсаженного ствола скважины между ликвидационными мостами, тампонажными флюидоупорными покрышками и экранами в процессе ликвидации скважин, а также при изоляции продуктивных горизонтов и длительной консервации скважин в пластах с аномально высоким пластовым давлением (АВПД) и наличием в продукции агрессивных компонентов сероводорода и углекислого газа, вызывающих коррозию.
3
Из RU 2194844 (20.12.2002) известна основа утяжеленного тампонажного раствора, включающая тампонажный портландцемент с регуляторами технологических свойств и утяжеляющую добавку Магбар (гомогенная смесь 1 мас.ч. магнетита и 1 мас.ч. барита). В качестве регулятора технологических свойств основа может содержать расширяющую добавку оксида магния, оксида кальция, гипса в количестве 0,4% от веса портландцемента, а также реагенты замедлители-пластификаторы НТФ (нитрилотриметиленфосфоновая кислота), С-3 в количестве 0-0,5% от веса портландцемента. Основа обеспечивает безаварийный процесс цементирования обсадных колонн в зонах аномально высоких пластовых давлений (АВПД) и температур 22-120°С при одновременном обеспечении остальных параметров раствора и камня (водоотдача, прокачиваемость), получение прочности до 2,5 г/см, но не обеспечивает необходимой(долговременной) стойкости к сероводородной и сульфатной коррозии.
Недостатками известной основы являются повышенная газопроницаемость тампонажного камня при ее использовании, повышенное водоотделение в системе, сопровождающееся появлением каналов и, следовательно, повышением газопроницаемости, а также невысокая способность нейтрализации сероводорода.
Из документа RU 2360940 (10.07.2009) известен расширяющийся тампонажный материал(основа), используемый для цементирования обсадных колонн нефтяных и газовых скважин, который содержит(масс. %): портландцемент 91,3-98,3; расширяющая добавка 0,5-5,0; ускоритель сроков схватывания 0,1-3,0; понизитель водоотдачи 0,1-0,5; суперпластификатор 0,1-0,7; пеногаситель марки ПОЛИЦЕМ ДФ 0,1-0,3. Расширяющийся тампонажный материал дополнительно содержит жидкость затворения-воду при водоцементном отношении 0,47-0,78, в качестве ускорителя сроков схватывания-хлорид кальция или хлорид натрия, в качестве суперпластификатора-меламинформальдегид, или ЦЕМПЛАСТ МФ, или С-3, или Melflux, в качестве понизителя водоотдачи-оксиэтилцеллюлозу. Основа содержит в качестве расширяющей добавки окись алюминия и/или сульфоалюминат кальция. Известная основа позволяет получить тампонажный материал, с повышенной изоляционной способностью цементного камня, образующегося из тампонажного материала, за счет повышения степени его расширения и увеличения прочности сцепления с колонной и стенками скважины при широком диапазоне водоцементного отношения, однако не обеспечивает получение термостойкого тампонажного материала, стойкого к сероводородной и сульфатной коррозии и необходимым уровнем комплекса других свойств (плотность, растекаемость, водоотдача).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату с заявленным изобретением является известный состав основы для тампонажного материала, описанного в документе RU 2468187 (27.11.2012).
Известная основа тампонажного раствора (материала) включает тампонажный портландцемент, регуляторы технологических свойств и утяжелитель, тонкодисперсное вяжущее, глину и нейтрализатор сероводорода. В качестве регуляторов технологических свойств-суперпластификатор С-3 и НТФ-нитрилотриметиленфосфоновую кислоту, при следующих соотношениях ингредиентов, в вес%: портландцемент (4,0-22,0); утяжелитель (85,55-60,05); суперпластификатор С-3(0,4-3,0); НТФ(0,05-0,45); тонкодисперсное вяжущее (особотонкомолотые цементы со средним размерам частиц менее 4,5 мкм, например «Микродур»(1,5-3,0); глина (3,0-4,5); нейтрализатор сероводорода (активный реагент ЖС-7, который является коллоидной формой окиси железа) (5,5-7,0); утяжелитель (тонкомолотый или химически осажденный барит).
Известная основа повышает эффективность изоляции (обеспечивает качественное крепление и герметизацию внутреннего объема, открытого или обсаженного ствола скважин в процессе их ликвидации или длительной консервации за счет низкой контракции, высокой флюидоупорности и неизменности объема в течение длительного времени;
- предотвратить пластовые флюидопроявления при наличии во вскрытом разрезе скважины высокого содержания сероводорода, АВПД, высоких температур за счет высокой седиментационной устойчивости, коррозионно-стойкости и плотности, обеспечивающей противодавление, аналогичное горному.
3
В частности, при использовании известной основы плотность раствора 2,3 г/см, растекаемость 19 см, водоотделение 1,5 мл, прокачиваемость на КЦ-3,6 ч 10 мин., прочность на сжатие 2,6 МПА, проницаемость менее 0,005 мкм. При всех положительных качествах известной основы, она не обеспечивает долговременной необходимой стойкости к сероводородной сульфатной коррозии, термостойкостью.
Определение основных свойств раствора и камня проводят в соответствии с ГОСТ 1581-96 «Цементы тампонажные» и ГОСТ 26798.1-96 «Методы испытаний». Плотность, растекаемость, водоотделение определяют при температуре 22°С и атмосферном давлении. Для условий умеренных температур испытания проводят при температуре 75°С и атмосферном давлении, для условий с АВПД при режимах температур до 120°С и давлении 60 МПа.
Технической задачей заявленного изобретения является получение термостойкого тампонажного раствора, стойкого к сероводородной и сульфатной коррозии.
Техническим результатом заявленного изобретения, в соответствии с поставленной технической задачей, является повышение эффективности изоляции за счет повышенной термостойкости, стойкости к сероводородной и сульфатной коррозии основы утяжеленного тампонажного раствора при одновременном улучшении всего необходимого комплекса его других основных свойств.
2
2
Поставленная техническая задача и достигаемый технический результат обеспечиваются заявленной основой утяжеленного термостойкого тампонажного раствора, которая содержит рассыпающийся шлак-отход производства феррохрома с удельной поверхностью 300-400 см/г, кварцевую муку с удельной поверхностью 300-350 см/г, утяжелитель в виде галенита, щелочной активатор в виде тампонажного портландцемента бездобавочного, порошкообразную серу либо молотую комовую серу, реагенты для регулирования свойств тампонажного раствора, включающие стабилизатор водоотдачи и седиментационной устойчивости AQU4176, пеногаситель Defoamer, термостойкий пластификатор CR 300, замедлитель сроков схватывания НТФ при следующем соотношении компонентов, мас. %:
- саморассыпающийся шлак-отход
40,0-50,0
- кварцевая мука
20,0-25,0
- вышеуказанный цемент
5,0-10,0
- галенит
20,0-25,0
- вышеуказанная сера
1,0-5,0
- стабилизатор AQU4176
0,3-0,5
- термостойкий пластификатор CR 300
0,2-0,4
- пеногаситель Defoamer
0,02-0,04
- замедлитель сроков схватывания НТФ
0,02-0,03
Основа по заявленному изобретению содержит стабилизатор водоотдачи и седиментационной устойчивости AQU4176, представляющий собой полимер на основе полианионной целлюлозы, пеногаситель Defoamer по ТУ 2458-008-137-206 06-05 на основе кремнийорганической жидкости; замедлитель сроков схватывания НТФ-нитрилотриметиленфосфоновая кислота.
В качестве термостойкого пластификатора основа содержит пластификатор CR300, представляющий собой лигносульфонат
В таблице 1 приведен химический состав кварцевой муки (кварцевый песок).
В таблице 2 приведены примеры рецептур основы тампонажного раствора (примеры 7 и 8) и для сравнения примеры контрольных рецептур составов основы, не содержащих тех или иных компонентов, показывающие что технический результат по заявленному изобретению обеспечивается только за счет определенного подбора ингредиентов (качественного и количественного) и не является очевидным и вытекающим из известного уровня техники.
Основу утяжеленного термостойкого тампонажного раствора для цемента, стойкого к сероводородной и сульфатной коррозии получают путем смешения компонентов смеси.
Затем в полученную смесь добавляют кварцевую муку, утяжелитель, другие реагенты, как регуляторы свойств тампонажного раствора (стабилизатор водоотдачи и седиментационной устойчивости и, пеногаситель, термостойкий пластификатор, замедлитель сроков схватывания НТФ).
Гомогенизируют смесь в объемном смесителе лемехового или барабанного типа. Приготовленную гомогенную смесь упаковывают в герметичные упаковки. Перед использованием основу затворяют в технической воде либо в растворе хлорида натрия или кальция при водоцементном отношении 0,31-0,42.
Таким образом, как следует из приведенных данных таблицы 2, основа утяжеленного тампонажного раствора позволяет повысить термостойкость, стойкость к сероводородной и сульфатной коррозии, а также улучшить другие основные его показатели (плотность ЦР, растекаемость, водоотдачу, загустевание, глубину коррозии) при указанных аномальных условиях (высокое давление, высокая температура, агрессивная среда), что в свою очередь позволяет повысить качество крепления глубоких скважин и предотвратить газонефтепроявления, имеющие место при цементировании обсадных колонн в зонах аномально высоких пластовых давлений в диапазоне температур от 20°С до 220°С
Результаты рентгенофазового анализа показали, что в испытуемых образцах не обнаружено ни свободного гидроксида кальция, ни высокоосновных гидросиликатов кальция. Это свидетельствует о том, что даже за короткий срок твердения процессы формирования низкоосновных гидросиликатов кальция завершились, реализовав принцип их одностадийного синтеза.
Это означает невозможность протекания в указанных образцах процессов межфазовой перекристаллизации и свидетельствуют о высокой термической стойкости цементного камня.
В таблице 2 представлены примеры составов основы утяжеленного термостойкого тампонажного раствора по изобретению и сравнительные составы для обоснования достижения технического результата тщательно подобранным качественно-количественным составом основы тампонажного раствора.
В приведенных в таблице 2 примерах количественное содержание стабилизатора водоотдачи и седиментационной устойчивости, замедлителя сроков схватывания НТФ, серы, пеногасителя, пластификатора указано в масс. % в расчете на 100 масс% базовой смеси шлака, песка, галенита или базовой смеси шлака, цемента, песка, галенита, рассчитанного, исходя из соотношений их 40:15:45 или 30:10:15:45 соответственно.
Используемый саморассыпающийся шлак (СРШ) является известным отходом производства феррохрома (SU 840291, 23.06.1981; SU 1133379, 07.01.1985; RU 2102581, 20.01.1998) и характеризуется высоким содержанием (до 85%) двухкальцевого силиката в виде малоактивной γ-модификации γ-2CaO⋅SiO2(γ-C2S) и имеет, в частности, следующий состав(масс. %): СаО 47-52, MgO 9-11, SiO2 25-28, Al2O3 4-7, FeO 0,5-2,0, Cr2O3 2-7.