ТАМПОНАЖНЫЙ СОСТАВ ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН И СПОСОБ ЕГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ
PLUGGING COMPOSITION FOR CEMENTING CASING STRING AND PROCEDURE FOR PREPARATION OF THIS COMPOSITION

Изобретение относится к бурению скважин и может быть использовано в нефтегазовой промышленности и горном деле, в частности, при цементировании обсадных колонн при необходимости обеспечения предельно низких значений флюидопроницаемости тампонирующего материала за эксплуатационной колонной. Известны тампонажные составы для цементирования с введением в тампонирующий материал различных добавок, в том числе водорастворимых эфиров целлюлозы для снижения водоотдачи раствора, для улучшения реологических свойств; повышения седиментационной устойчивости: оксиэтилированную целлюлозу (Пат. РФ №2281309), КМЦ и сернокислый аммоний (Пат. РФ №2078908), гидроксиэтилцеллюлозу (Пат. РФ №2136843). Недостатком этих составов является низкая технологическая эффективность их приготовления и использования.
3
Наиболее близким по технической сущности является состав для цементирования обсадных колонн, содержащий смесь, мас.%: поливинилового спирта 90-96, пеногасителя 1-3, карбамида 2-8 и портландцемента, и воду и способ приготовления этого состава, в котором 10 г полученной смеси растворяют в 500 см воды и полученным раствором затворяют 1000 г портландцемента (SU 1670099, 15.08.1991, 3 с.). Недостатком этого состава является недостаточно низкая проницаемость цементного камня, сложность приготовления тампонажного раствора в промысловых условиях.
Задачей настоящего изобретения является создание эффективного состава для заполнения заколонного пространства скважины, обеспечивающего получение из стандартного тампонажного раствора низкопроницаемого цементного камня с высокой механической прочностью, а также упрощение способа приготовления такого состава.
Технический результат достигается за счет использования в тампонажном составе, в качестве жидкости затворения цемента, раствора структурообразующей композиции (СК), разбавленной водой в 7-20 раз, обеспечивающей повышение ранней прочности цементного камня в широком диапазоне температур. Предварительно заготовленная структурообразующая композиция включает простой эфир целлюлозы (метилцеллюлоза) 1-2 мас.%, карбамид 5-20 мас.% и воду - остальное. Кратность разбавления зависит от требований, предъявляемых к тампонажному раствору и цементному камню из него (см. таблицу). Для приготовления 1000 г структурообразующей композиции, предназначенной для пластовой температуры 90°С и содержащей 1 мас.% метилцеллюлозы, 5 мас.% карбамида и 94 мас.% пресной воды, необходимо к 10 г метилцеллюлозы и 50 г карбамида добавить горячую пресную воду с температурой 60-90°С в количестве 400 г и тщательно перемешать. В полученную суспензию добавляют 540 г пресной холодной воды с температурой 0-20°С и затем перемешивают до образования однородного раствора.
Под действием температуры водорастворимый полимер - метилцелюлоза образует структуру в тампонажном растворе.
Анализ свойств приготовленных тампонажных растворов и полученных из них балочек цементного камня осуществлялся на стандартном оборудовании по стандартной методике. Сроки начала загустевания и схватывания тампонажных растворов определялись на консистометре «Чендлер». Все цементы затворялись при соотношении РСК/цемент, равном 0,5.
Примеры лабораторного выполнения
1. Готовят структурообразующую композицию (СК), содержащую, мас.%: метилцеллюлоза 1,5; карбамид 7,5; вода 91, причем сначала к метилцеллюлозе и карбамиду добавляют горячую пресную воду в количестве 40 мас.% при температуре 75°С и перемешивают. В полученную суспензию добавляют холодную пресную воду в оставшемся количестве - 51 мас.% при температуре 10°С. Затем полученную СК разбавляют в 20 раз водой и полученным раствором затворяют цемент при соотношении раствор СК/портландцемент, равном 0,5. Цемент - портландцемент ПЦТ-Д20-50 ГОСТ 1581-96 («Сухоложскцемент»). Свойства полученного тампонажного раствора и камня из него приведены в таблице.
2. Готовят структурообразующую композицию (СК), содержащую, масс.%: метилцеллюлоза 1; карбамид 20; вода 79, причем сначала к метилцеллюлозе и карбамиду добавляют горячую пресную воду в количестве 60 мас.% при температуре 65°С и перемешивают. В полученную суспензию добавляют холодную пресную воду в оставшемся количестве - 19 мас.% при температуре 15°С. Затем полученную СК разбавляют в 7 раз водой и полученным раствором затворяют цемент при соотношении раствор СК/цемент, равном 0,5. Цемент - портландцемент ПЦТ-Д20-50 ГОСТ 1581-96 («Сухоложскцемент»). Свойства полученного тампонажного раствора и камня из него приведены в таблице.
3. Готовят структурообразующую композицию (СК), содержащую, мас.%: метилцеллюлоза 2; карбамид 5; вода 93, причем сначала к метилцеллюлозе и карбамиду добавляют горячую пресную воду в количестве 43 мас.% при температуре 80°С и перемешивают. В полученную суспензию добавляют холодную пресную воду в оставшемся количестве - 50 мас.% при температуре 1°С. Затем полученную СК разбавляют в 20 раз водой и полученным раствором затворяют цемент при соотношении раствор СК/цемент, равном 0,5. Цемент - портландцемент ПЦТ-Д20-50 ГОСТ 1581-96 («Сухоложскцемент»). Свойства полученного тампонажного раствора и камня из него приведены в таблице.
4. Готовят структурообразующую композицию (СК), содержащую, мас.%: метилцеллюлоза 1,8; карбамид 10,2; вода 88, причем сначала к метилцеллюлозе и карбамиду добавляют горячую пресную воду в количестве 48 мас.% при температуре 85°С и перемешивают. В полученную суспензию добавляют холодную пресную воду в оставшемся количестве - 40 мас.% при температуре 0°С. Затем полученную СК разбавляют в 20 раз водой и полученным раствором затворяют цемент при соотношении раствор СК/цемент, равном 0,5. Цемент - портландцемент ПЦТ-Д20-50 ГОСТ 1581-96 («Сухоложскцемент»). Свойства полученного тампонажного раствора и камня из него приведены в таблице.
Таким образом, предлагаемое изобретение значительно отличается от существующих тампонажных смесей и составов очень низкой проницаемостью и достаточно высокой механической прочностью образующегося после твердения камня, а также упрощается способ приготовления тампонажного раствора.
Таблица 1
Физические свойства тампонажного состава и цементного камня из него
№
Марка цемента
Кратность разбавления, раз
Плотность цементного раствора, кг/м<sup>3</sup>
Растекаемость, см
Сроки (час, мин)
Прочность на изгиб, МПа
Газопроницаемость, мД
Начало загустевания
Начало схватывания
1
ПЦТ-Д20-50
20
1830
25
1 ч 30 м
1 ч 43 м
6,58
0,98-2,80
2
ПЦТ-Д20-50
7
1750
23
1 ч 45 м
2 ч 08 м
5,59
3
ПЦТ-Д20-100
20
1850
24
1 ч 38 м
1 ч 55 м
6,55
1,02-2,78
4
ПЦТ-Д20-100
7
1760
23
1 ч 45 м
2 ч 08 м
5,47