СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СОСТАВА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КИСЛОТОРАСТВОРИМОГО ТАМПОНАЖНОГО КАМНЯ
PREPARATION METHOD OF COMPOUND FOR ACID-SOLUBLE PLUGGING STONE PRODUCTION

Предложение относится к нефтяной промышленности, в частности к способам приготовления составов для получения кислоторастворимого тампонажного камня. Указанные способы могут быть использованы для приготовления составов, применяемых преимущественно для закрепления водоизоляционных составов в горизонтальном стволе скважины, временного блокирования пластов, установки опорного моста с целью зарезки бокового ствола скважины.
Известен способ эксплуатации скважины, включающий приготовление состава для получения кислоторастворимого тампонажного камня (патент RU №2320854, МПК E21B 43/00, опубл. 27.03.2008 г.). Приготовление состава для получения кислоторастворимого тампонажного камня включает смешение цемента и мела с объемным соотношением соответственно 1:(0,1-0,4) и последующее смешение полученной сухой смеси с водой.
Недостатком известного способа является то, что тампонажный камень, получаемый из используемого цементно-мелового раствора, при кислотной обработке разрушается в течение продолжительного времени.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения тампонажного пеноцементного состава для тампонажного пакера или моста (патент RU №2089717, МПК Е21 ВЗЗ/138, опубл. 10.09.1997 г.). Способ включает приготовление кислоторастворимого тампонажного пеноцементного состава путем смешения 37-60 мас.ч. цемента и 7-30 мас.ч. мела (карбоната кальция), последующего растворения 0,5 мас.ч. поверхностно-активного вещества Синтанол в 38 мас.ч. воды и последующего смешения смеси цемента и мела с раствором Синтанола в воде.
Недостатком указанного способа является низкая прочность получаемого при отверждении состава тампонажного камня, что не позволяет использовать его при реализации мероприятий, требующих установки в скважине моста с высокими прочностными характеристиками, например для установки опорного моста с целью зарезки бокового ствола скважины.
Технической задачей предложения является повышение прочности кислоторастворимого тампонажного камня, достигаемое увеличением стойкости к механическому воздействию кислоторастворимого тампонажного камня.
Техническая задача решается предлагаемым способом приготовления состава для получения кислоторастворимого тампонажного камня, включающим смешение цемента с карбонатом кальция, смешение воды со вспенивающей добавкой и последующее перемешивание смеси цемента с карбонатом кальция и воды со вспенивающей добавкой.
Новым является то, что в качестве карбоната кальция используют микрокальцит с размером частиц 160-315 мкм, который смешивают с бездобавочным тампонажным портландцементом, в качестве вспенивающей добавки используют воздухововлекающую добавку «Аэропласт», которую добавляют в пресную воду и перемешивают, затем смесь бездобавочного тампонажного портландцемента с микрокальцитом затворяют пресной водой с добавлением воздухововлекающей добавки «Аэропласт», при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
бездобавочный тампонажный портландцемент
59,9-64,95
микрокальцит
35-40
воздухововлекающая добавка «Аэропласт»
0,05-0,1
пресная вода
50.
Для приготовления указанного состава используют следующие компоненты:
- в качестве цемента используют портландцемент бездобавочный тампонажный, соответствующий требованиям ГОСТ 1581-96;
- микрокальцит  является продуктом измельчения и тонкого помола природного мрамора, соответствует требованиям ТУ 5743-002-63925093-2009;
- «Аэропласт»  является воздухововлекающей добавкой на основе модифицированных нафталинсульфонатов, соответствует требованиям ТУ 5745-030-58042865-2008;
- вода пресная.
В предлагаемом способе приготовления состава для получения кислоторастворимого тампонажного камня в качестве основы, обеспечивающей возможность получения тампонажного камня, используют бездобавочный тампонажный портландцемент. Для обеспечения кислоторастворимости тампонажного камня в приготавливаемый состав вводят микрокальцит, являющийся продуктом измельчения и тонкого помола природного мрамора. Использование микрокальцита вместо мела, использующегося в качестве компонента, обеспечивающего кислоторастворимость в наиболее близком по технической сущности и достигаемому результату тампонажном пеноцементном составе, позволяет увеличить прочность тампонажного камня. Увеличение прочности при использовании микрокальцита обеспечивается за счет лучших прочностных характеристик микрокальцита (мрамора) в сравнении с мелом. Для мрамора предел прочности при сжатии в 4-8 раз и твердость по шкале Мооса в 3-4 раза больше, чем у мела. Это вызвано различием характера связи между отдельными кристаллами в структуре карбоната кальция (Киреев В.А. Курс физической химии / В.А. Киреев. - 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Химия, 1975. - стр.136). Введение в состав добавки «Аэропласт» за счет вовлечения воздуха обеспечивает получение вспененного тампонажного камня, который растворяется кислотой быстрее, чем невспененный.
Для установления оптимального соотношения компонентов в предлагаемом способе приготовления состава и оценки возможности применения состава провели лабораторные исследования. При проведении лабораторных исследований определяли плотность, растекаемость и сроки схватывания состава, а также прочность кислоторастворимого тампонажного камня на сжатие и изгиб, время растворения кислоторастворимого тампонажного камня в 15%-ном водном растворе соляной кислоты.
Способ приготовления состава для получения кислоторастворимого тампонажного камня в лабораторных условиях реализуют следующим образом. Бездобавочный тампонажный портландцемент и микрокальцит с размером частиц 160-315 мкм перемешивают между собой. Воздухововлекающую добавку «Аэропласт» добавляют в пресную воду (далее - в воду) и перемешивают. Смесь бездобавочного тампонажного портландцемента с микрокальцитом помещают в стакан и затворяют ее пресной водой с добавлением воздухововлекающей добавки «Аэропласт». Полученную смесь перемешивают лопастным смесителем.
При приготовлении полученной смеси микрокальцит хорошо диспергируется в пресной воде. При перемешивании состава лопастным смесителем происходит образование устойчивой мелкодисперсной системы, содержащей частицы бездобавочного тампонажного портландцемента, микрокальцита и вовлеченный воздух. В последующем состав отверждается и образуется кислоторастворимый тампонажный камень.
Плотность состава определяют с использованием пикнометра по ГОСТ 26798.1-96. Растекаемость состава определяют с использованием формы-конуса и измерительного столика по ГОСТ 26798.1-96. Сроки схватывания определяют с помощью прибора «Вика» по ГОСТ 310.3-76. Прочность кислоторастворимого тампонажного камня на сжатие и изгиб определяют по ГОСТ 26798.1-96 с использованием пресса, соответствующего требованиям ГОСТ 310.4-81. За время растворения принимали интервал времени от момента помещения образца кислоторастворимого тампонажного камня в 15%-ный водный раствор соляной кислоты до момента, когда образец теряет монолитность, переходит из твердого состояния во взвесь твердых частиц в жидкости.
При проведении лабораторных исследований было установлено, что оптимальным является использование 50 мас.ч. пресной воды. При использовании более 50 мас.ч. пресной воды возрастает водоотдача состава для получения кислоторастворимого тампонажного камня. В то же время при использовании менее 50 мас.ч. пресной воды снижается прочность получаемого кислоторастворимого тампонажного камня, вероятнее всего, из-за недостатка воды для гидратации цемента. В дальнейшем во всех исследованных рецептурах состава использовали 50 мас.ч. пресной воды. Результаты исследований приведены в таблице 1.
В процессе исследований было установлено следующее.
При содержании в составе более 40 мас.ч. микрокальцита, при использовании микрокальцита с размером частиц более 315 мкм, а также при содержании в составе более 0,1 мас.ч. воздухововлекающей добавки «Аэропласт» прочность кислоторастворимого тампонажного камня существенно снижается. В данном случае снижение прочности кислоторастворимого тампонажного камня, вероятнее всего, вызвано, соответственно, уменьшением содержания в составе минерального вяжущего - бездобавочного тампонажного портландцемента, увеличением размеров «центров снижения прочности», каковыми являются частицы микрокальцита, а также увеличением количества заполненных воздухом пустот.
При содержании в составе менее 35 мас.ч. микрокальцита, использовании микрокальцита с размером частиц менее 160 мкм, а также при содержании в составе менее 0,05 мас.ч. воздухововлекающей добавки «Аэропласт» существенно увеличивается время растворения кислоторастворимого тампонажного камня. В данном случае увеличение времени растворения кислоторастворимого тампонажного камня, вероятнее всего, вызвано, соответственно, уменьшением содержания в составе кислоторастворимого материала, более плотной укладкой микрокальцита с меньшим размером частиц, вызывающей снижение проницаемости кислоторастворимого тампонажного камня, а также меньшим вовлечением воздуха, что уменьшает степень вспенивания и проницаемость тампонажного камня для 15%-ного водного раствора соляной кислоты. Поэтому с целью приготовления состава для получения кислоторастворимого тампонажного камня выбрано следующее соотношение компонентов, мас.ч.:
бездобавочный тампонажный портландцемент
59,9-64,95
микрокальцит
35-40
воздухововлекающая добавка «Аэропласт»
0,05-0,1
пресная вода
50
В таблице 2 приведены результаты сравнения прочностных характеристик кислоторастворимого тампонажного камня, получаемого по предлагаемому способу и по его наиболее близкому аналогу. Из этих результатов следует, что прочностные характеристики тампонажного камня, получаемого по предлагаемому способу, существенно превышают прочностные характеристики тампонажного камня, получаемого по наиболее близкому аналогу данного способа.
Таким образом, подтверждается существенное повышение прочности получаемого по предлагаемому способу кислоторастворимого тампонажного камня, достигаемое увеличением стойкости к механическому воздействию заведомо слабых участков в структуре кислоторастворимого тампонажного камня путем суммирования эффектов, получаемых в результате смешения компонентов состава в определенной последовательности, использования в качестве карбоната кальция микрокальцита с оптимальным размером частиц и оптимального соотношения компонентов в составе.
Увеличение прочности кислоторастворимого тампонажного камня позволит уменьшить объем состава, используемого при закреплении водоизоляционных составов в горизонтальном стволе скважины, временном блокировании пластов, установке опорного моста с целью зарезки бокового ствола скважины. За счет этого достигается экономия времени на 15 - 20% затрат времени и сокращение средств на приготовление и использование состава.
Пример практического применения.
3
В условно вертикальной скважине, выведенной из эксплуатации по причине высокой обводненности, был зарезан новый боковой ствол с горизонтальным окончанием. В боковой ствол с горизонтальным окончанием, пробуренный до глубины 1399 м, на глубину 1358 м был спущен и зацементирован хвостовик. Скважиной начали эксплуатировать бобриковский горизонт, сложенный терригенными породами, через открытый ствол в интервале 1358-1399 м. Через два года эксплуатации продукция скважины обводнилась до 99%. Для снижения обводненности продукции в скважине провели водоизоляционные работы. Работы провели следующим образом. В скважину на глубину 1358 м спустили колонну насосно-компрессорных труб (НКТ). Пространство между колонной НКТ и хвостовиком заполнили высоковязкой нефтесилорной эмульсией известного состава (патент RU №2283422, МПК Е21 ВЗЗ/138, опубл. 10.09.2006 г.в бюл. №25), приготовленной смешением товарной нефти, кремнийорганической жидкости «Силор» и воды в объемном соотношении 76:4:20 соответственно. В цементовоз «Сеспель 964809», соответствующий требованиям ТУ 4526-001-38990270-2002, загрузили 35 мас.ч. микрокальцита с размером частиц 315 мкм и 64,95 мас.ч. бездобавочного тампонажного портландцемента. Далее провели перетаривание микрокальцита и бездобавочного тампонажного портландцемента во второй цементовоз «Сеспель 964809». Для смешения микрокальцита и бездобавочного тампонажного портландцемента перетаривание повторили три раза. Затем смесь микрокальцита и бездобавочного тампонажного портландцемента перетарили в смесительно-осреднительную установку УСО-16, соответствующую требованиям ТУ 26.16.258-88. В мернике цементировочного агрегата ЦА-320, соответствующего требованиям ТУ 4523 010-05753336-2000, смешали 0,1 мас.ч. воздухововлекающей добавки «Аэропласт» и 50 мас.ч. пресной воды. Далее смесь бездобавочного тампонажного портландцемента с микрокальцитом в установке УСО-16 затворили пресной водой с добавлением воздухововлекающей добавки «Аэропласт», поданной из цементировочного агрегата ЦА-320. Таким образом приготовили состав для получения кислоторастворимого тампонажного камня. Далее в скважину через колонну НКТ в интервал открытого ствола закачали последовательно 20 м нефтесилорной эмульсии, приготовленный состав для получения кислоторастворимого тампонажного камня и снова нефтесилорную эмульсию в объеме, равном объему колонны НКТ. Далее колонну НКТ подняли из скважины и долили в скважину нефтесилорную эмульсию. Скважину оставили в течение 24 часов на время отверждения состава для получения кислоторастворимого тампонажного камня. Затем с целью растворения оставшегося в горизонтальном участке ствола скважине моста из тампонажного камня установили ванну из 15%-ного водного раствора соляной кислоты, через четыре часа скважину промыли до забоя. Далее в нее спустили насос и ввели в эксплуатацию.
Аналогично приведенному примеру были проведены работы с приготовлением других составов для получения кислоторастворимого тампонажного камня, содержание компонентов в которых и результаты испытаний приведены в таблице 1.
Таблица 1
Результаты исследования свойств состава, приготовленного по предлагаемому способу
№
Содержание компонентов в составе,
Размер
Свойства состава
Прочность
Время
п.п.
мас.ч.
частиц
Плотность,
Растека
Сроки
через 48
растворения
Цемент
«Аэропласт»
Пресная вода
Микрокальцит
микро кальцита, мкм
кг/м<sup>3</sup>
емость, мм
схватывания, ч-мин
ч., МПа
15%-ной НС1, мин
Начало
Конец
Изгиб
Сжатие
1
49,97
0,03
50
50
80
1590
225
9-30
12-10
0,6
1,5
98
2
54,96
0,04
50
45
100
1580
227
9-35
11-20
0,7
1,9
79
3
59,95
0,05
50
40
160
1560
235
8-05
10-50
1,5
4,4
60
4
59,9
од
50
40
315
1500
243
7-50
10-20
1,6
4,5
29
5
62,43
0,075
50
37,5
235
1530
238
7-45
10-15
1,6
4,6
77
6
64,9
0,1
50
35
315
1490
241
7-40
10-10
1,8
4,7
86
7
64,95
0,05
50
35
160
1550
234
7-20
9-50
1,9
4,9
124
8
69,89
0,11
50
30
500
1480
242
6-05
8-20
1,3
2,8
25
9
74,87
0,13
50
25
500
1460
247
6-20
7-45
1,1
2,4
32
Таблица 2
Сравнение прочности тампонажного камня, полученного после отверждения составов, приготовленных по предлагаемому способу и по наиболее близкому аналогу
№п.
Содержание компонентов в составе, приготовленном по предлагаемому способу, мас.ч.
Прочность тампонажного камня через 48 ч., МПа
Цемент
«Аэропласт»
Микрокальцит/размер частиц микрокальцита, мкм
Вода
Изгиб
Сжатие
1
59,95
0,05
40/160
50
1,5
4,4
2
59,9
0,1
40/315
50
1,6
4,5
3
64,9
0,1
35/315
50
1,8
4,7
4
64,95
0,05
35/160
50
1,9
4,9
-
Содержание компонентов в составе, приготовленном по наиболее близкому аналогу предлагаемого способа, мас.ч.
-
-
Цемент
Мел
Синтанол
Вода
5
60
7
0,5
33
1,1
2,6
6
50
17
0,5
33
0,9
1,7
7
43
24
0,5
33
0,6
1,2
8
37
30
0,5
33
0,6
1,1