РАСШИРЯЮЩИЙСЯ ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ ВОДОПРИТОКА
EXPANDING CEMENT SLURRY FOR WATER INFLUX LIMITATION

Изобретение относится к области строительства скважин, в частности к тампонажным растворам для ограничения водопритока.
Известен расширяющийся тампонажный материал, содержащий портландцемент, гипс, добавку - гидрокарбоалюмосиликатный материал, пластификатор С-3 и понизитель водоотдачи, при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 86-95, гипс 2-7, гидрокарбоалюминатный материал 2-7, пластификатор С-3 0,1-0,2, понизитель водоотдачи 0,2-0,4 (Патент РФ №2301823, кл. С09К 8/467, опубл. 2007 г.).
Недостатком известного материала является пониженная растекаемость, что приводит к неравномерному заполнению затрубного пространства и, как следствие, к неплотному контакту цементного камня с обсадными трубами и горными породами.
2
2
3
2
3
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является расширяющийся тампонажный раствор, содержащий жидкость затворения - воду, и основу, состоящую из портландцемента тампонажного, понизителя показателя фильтрации - гидроксиэтилцеллюлозы, пластификатора - поликарбоксилата, пеногасителя, расширяющей добавки, ускорителя времени загустевания и сроков схватывания - хлорида кальция. Основа дополнительно содержит алюмосиликатную пуццолановую добавку метакаолин, а в качестве расширяющей добавки - продукт совместного помола отхода доменного шлака и негашеной извести «ДРС-НУ» среднего химического состава, мас.%: CaO+MgO - 72-91; SiO - 7-23; AlO - 0-4; FeO - 0-2,5; прочие примеси - 0-4,5; в качестве пеногасителя основа содержит полигликоль ПЛАСТЭК ПГ-07, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
портландцемент
91,8-94,2
указанный понизитель фильтрации
0,15-0,3
указанный пластификатор
0,2-0,3
указанная расширяющая добавка
3,0-5,0
указанный пеногаситель
0,01-0,03
метакаолин
0,5-2,0
хлорид кальция
0,5-2,5
а содержание воды в растворе обеспечивает водосмесевое соотношение с основой 0,48-0,64 (патент РФ №2452758 от 10.06.2012 г.). Данный раствор принят в качестве прототипа.
Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого изобретения, - жидкость затворения - вода; основа, состоящая из портландцемента тампонажного, гидроксиэтилцеллюлозы, пластификатора, пеногасителя, расширяющей добавки в количестве 3,0-5,0 мас.%, хлорида кальция.
Недостатками известного тампонажного раствора, принятого за прототип, являются его повышенная фильтратоотдача, низкая адгезия и недостаточное линейное расширение цементного камня, что может привести к неплотному контакту цементного камня с горными породами и обсадной колонной и соответственно к нарушению изоляционных свойств цементного кольца.
Технический результат предлагаемого изобретения состоит в повышении изоляционной способности цементного камня, получаемого из предлагаемого тампонажного раствора за счет улучшенных показателей основных технологических свойств цементного раствора-камня - высокой растекаемости, низкой фильтрации, повышенной расширяющей способности, высокой ранней прочности при широком диапазоне плотностей тампонажного раствора.
Указанный технический результат достигается за счет того, что известный расширяющий тампонажный раствор, содержащий жидкость затворения - воду, и основу, состоящую из портландцемента тампонажного, гидрооксиэтилцеллюлозы, пластификатора, пеногасителя, хлорида кальция и расширяющей добавки, согласно изобретению, в качестве пластификатора содержит поликарбоксилатный гиперпластификатор FOX-8H, в качестве пеногасителя - силиконовый пеногаситель Sika, в качестве расширяющей добавки - продукт совместного помола ангидрита, негашеной извести, порошка магнезитового каустического и глиноземистого цемента среднего химического состава, масс.%:
CaO
42-47
MgO
11-13
CaSO<sub>4</sub>
23-28
CaO·Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
14-17
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0-0,5
прочие примеси
0-4,5
при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Портландцемент тампонажный
91,6-94,2
Гидрооксиэтилцеллюлоза
0,1-0,25
Поликарбоксилатный
гиперпластификатор FOX-8H
0,05-0,1
Силиконовый пеногаситель Sika
0,1-0,23
Указанная расширяющая добавка
3,0-5,0
Хлорид кальция
2,3-3,1
а содержание воды в растворе обеспечивает водосмесевое соотношение 0,46-0,64.
4
2
3
2
3
Отличительные признаки заявляемого раствора от раствора по прототипу - в качестве пластификатора содержит поликарбоксилатный гиперпластификатор FOX-8H; в качестве пеногасителя - силиконовый пеногаситель Sika; в качестве расширяющей добавки - продукт совместного помола ангидрита, негашеной извести, порошка магнезитового каустического и глиноземистого цемента среднего химического состава, мас.%: CaO - 42-47; MgO - 11 - 3; CaSO - 23-28; CaO·AlO - 14-17; FeO - 0-0,5; прочие примеси - 0-4,5; иное количественное соотношение используемых ингредиентов, мас.%: портландцемент тампонажный - 91,6-94,2; гидроксиэтилцеллюлоза - 0,1-0,25; поликарбоксилатный гиперпластификатор FOX-8H - 0,05-0,1; силиконовый пеногаситель Sika - 0,1-0,23; хлорид кальция - 2,3-3,1; содержание воды в растворе обеспечивает водосмесевое соотношение 0,46-0,64.
Достижение указанного технического результата обеспечивается за счет определенного подбора ингредиентов (качественного и количественного) в заявляемом расширяющемся тампонажном растворе.
Благодаря введению в тампонажный раствор понизителя показателя фильтрации гидроксиэтилцеллюлозы обеспечивается низкий показатель фильтрации, исключаются седиментационные процессы, в результате чего отсутствует водоотделение у получаемых тампонажных растворов.
4
2
3
2
3
В качестве расширяющей добавки предлагается использовать продукт совместного помола ангидрита, негашеной извести, порошка магнезитового каустического и глиноземистого цемента среднего химического состава, мас.%: CaO - 42-47; MgO - 11-12; CaSO - 23-28; СаО·AlO - 14-16; FeO - 0-0,5; прочие примеси - 0-4,5. Таким образом, в тампонажном растворе будет происходить так называемое оксидное, сульфатное и алюминатное расширение, за счет повышенной концентрации в растворе оксидов кальция и магния, сульфатов кальция и алюминатов кальция.
Ввод указанной расширяющей добавки в тампонажный раствор позволит получить тампонажный камень с величиной линейного расширения до 2,0-2,2%, обеспечивающей плотный контакт цементного камня с обсадными трубами и горными породами, тем самым ограничивая водоприток.
В качестве реагента ускорителя времени загустевания и сроков схватывания используется хлористый кальций.
Использование в заявляемом тампонажном растворе поликарбоксилатного гиперпластификатора FOX-8H обеспечивает высокую подвижность раствора.
Использование в составе предлагаемого тампонажного раствора силиконового пеногасителя Sika обеспечивает удаление свободного газа из тампонажного раствора и, как следствие, формирование плотного непроницаемого цементного камня за счет содержания полисиликонатов.
Для получения предлагаемого тампонажного раствора в лабораторных условиях были использованы следующие вещества:
- портландцемент тампонажный марки ПЦТ IG-CC;
- гидроксиэтилцеллюлоза марки Natrosol HHR по ТУ 2231-001-21095737-05;
- поликарбоксилатный гиперпластификатор FOX-8H по ТУ 5745-001-99004948-08;
4
2
3
2
3
- расширяющая добавка ДРС-НУ по ТУ 5744-002-44821376-2010 - продукт совместного помола ангидрита, негашеной извести, порошка магнезитового каустического и глиноземистого цемента среднего химического состава, мас.%: CaO - 42-47; MgO - 11-12; CaSO - 23-28; CaO·AlO - 14-16; FeO - 0-0,5; прочие примеси - 0-4,5;
- силиконовый пеногаситель Sika, высокоэффективная силиконовая пеногасящая эмульсия, состоит из смеси силиконового масла и диоксида кремния;
- ускоритель времени загустевания и сроков схватывания хлорид кальция;
- вода техническая.
Возможность осуществления заявляемого изобретения подтверждается следующим примером.
Пример
Для получения заявляемого тампонажного раствора в лабораторных условиях брали 919 г портландцемента тампонажного; 2,0 г гидроксиэтилцеллюлозы; 45,0 г расширяющей добавки на основе сульфатов кальция, алюминатов кальция, оксидов кальция и магния; 2,3 г силиконового пеногасителя Sika; 0,7 г поликарбоксилатного гиперпластификатора FOX-8H; 31,0 г хлорида кальция. В результате была получена основа тампонажного раствора со следующим содержанием ингредиентов, мас.%: портландцемент тампонажный 91,9; гидроксиэтилцеллюлоза марки Natrosol HHR 0,2; указанная расширяющая добавка 4,5; силиконовый пеногаситель Sika 0,23; поликарбоксилатный гиперпластификатор FOX-8H 0,07; хлорид кальция 3,1.
Далее из указанной основы готовили тампонажный раствор путем затворения ее на технической воде при водосмесевом отношении 0,48, т.е. при этом брали 1000 г основы и затворяли ее в 480 г воды.
Тампонажные растворы с другим содержанием ингредиентов готовили аналогичным образом.
В преимущественном варианте приготовления предлагаемого тампонажного раствора ускоритель сроков схватывания - хлорид кальция рекомендуется предварительно растворять в жидкости затворения - воде.
В ходе лабораторных испытаний определяли по общеизвестным методикам следующие свойства заявляемого тампонажного раствора: плотность, растекаемость, показатель фильтрации, водоотделение, а также определяли следующие свойства цементного камня: линейное расширение; предел прочности при изгибе; усилие выталкивания образцов (характеризует адгезионные свойства тампонажного камня).
Данные о содержании ингредиентов исследованных тампонажных растворов приведены в таблице 1.
Данные о свойствах тампонажных растворов, затворенных по заявляемой рецептуре и по известной рецептуре приведены в таблице 2.
Как видно из данных таблицы 2, предлагаемые тампонажные растворы характеризуются улучшенными значениями показателей основных технологических свойств по сравнению с прототипом:
- наличием большего расширения цементного камня;
- повышенной адгезией цементного камня с сопредельными средами;
- более низким показателем фильтрации.
Благодаря указанным свойствам заявляемые тампонажные растворы позволят в промысловых условиях получить герметичную крепь обсадной колонны в стволе скважины за счет формирования прочного цементного камня, имеющего за счет расширения сплошной контакт как с обсадными трубами, так и с горными породами, тем самым увеличить изоляционные свойства цементного камня и ограничить водоприток.
* Состав указанной расширяющей добавки, мас.%:
4
2
3
2
3
- в примере 1: CaO - 44; MgO - 11,5; CaSO - 25,2; CaO·AlO - 16,1; FeO - 0,3; прочие примеси - 2,9.
4
2
3
2
3
- в примере 2: CaO - 45,4; MgO - 12,2; CaSO - 26,1; CaO·AlO - 14,5; FeO - 0; прочие примеси - 1,8.