ЦЕМЕНТ ТАМПОНАЖНЫЙ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ АРМИРОВАННЫЙ
HIGH-TEMPERATURE REINFORCED PLUGGING CEMENT

Изобретение относится к области горного дела, а именно к цементированию нефтяных и газовых скважин в условиях умеренных и повышенных температур.
Известен тампонажный состав, содержащий тампонажный портландцемент и кварцевый песок /1/, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Портландцемент
65-70
Кварцевый песок
35-30
К недостаткам этой смеси, наряду с замедленным химическим взаимодействием кварцевого песка с продуктами гидратации портландцемента, относится значительное водоотделение, что приводит к расслоению тампонажного раствора в процессе твердения и способствует образованию каналов, низкая трещиностойкость тампонажного камня при проведении перфорационных работ.
Это отрицательно сказывается на качестве крепления, оцениваемого по сцеплению образующегося камня с обсадной колонной и горной породой, поскольку при формировании поровой структуры роль седиментационных процессов постоянно вносит деструктивный характер.
2
Наиболее близкой по технической сущности и назначению к предлагаемому изобретению является тампонажная смесь, включающая портландцемент тампонажный и кремнеземсодержащую добавку - кварц молотый пылевидный марки "Б" с удельной поверхностью 4708 см/г, порошок магнезитовый каустический ПМК-87 /2/ при следующем содержании компонентов, мас.%:
Портландцемент тампонажный
50-76
Кварц молотый пылевидный марки "Б"
20-40
Порошок магнезитовый каустический ПМК-87
остальное.
Хорошо известно, что цементное вяжущее, обладая высокой прочностью на сжатие, имеет сравнительно низкую прочность на растяжение и изгиб, низкую трещиностойкость. При создании изобретения решалась задача повышения качества крепления скважин не только в процессе крепления, но и создания прочного трещиностойкого цементного кольца с плотно упакованной низкопроницаемой структурой цементного камня, обеспечивающего сохранение его целостности при проведении перфорационных работ для увеличения срока межремонтного периода работы скважины.
Поставленная задача достигается тем, что цемент тампонажный высокотемпературный, включающий портландцемент тампонажный и кремнеземсодержащую добавку - кварц дробленный определенного фракционного состава, согласно изобретению содержит кварц с удельной поверхностью
2
3500-4000 см/г и дополнительно - армирующую добавку - фиброволокно длиной 6 мм, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Портландцемент тампонажный
66-75
Указанный кварц
25-34
Указанное фиброволокно
0,25-0,30
В качестве указанного портландцемента он может содержать шлакопортландцемент.
2
Шлакопортландцемент выпускается по ГОСТ 10178-85, удельная поверхность не более 3000-3100 см/г.
2
2
Кварц дробленный выпускается по ТУ 571726-002-45588031-07. Массовая доля SiO не менее 97%, удельная поверхность 3500-4000 см/г. Фракционный состав соответствует указанному в таблице.
Фиброволокно выпускается по техническим условиям завода-изготовителя. Длина волокон 6 мм.
Сопоставительный анализ известного состава /2/ и заявляемого позволяет сделать вывод, что заявляемый состав цемента тампонажного высокотемпературного армированного содержит кварц дробленный определенного фракционного состава и фиброволокно в качестве армирующей добавки, а значит соответствует критерию «новизна».
Применение кварца дробленного заданной удельной поверхности и фракционного состава в совокупности с цементным вяжущим, позволяет получить плотноупакованную непроницаемую структуру тампонажного камня за счет внедрения тонкой фракции кварца в его кристаллическую структуру.
Добавка фиброволокна позволяет увеличить прочностные показатели тампонажного камня и повысить его деформационную стойкость при проведении перфорационных работ, следовательно, повысить качество крепления эксплуатационных колонн и увеличить срок безаварийной работы скважины.
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень» и промышленно применимо.
Для разработки состава цемента тампонажного высокотемпературного армированного проведены лабораторные исследования. Исследования проводились в соответствии с ГОСТ 26798.1-96 "Цементы тампонажные. Методы испытаний".
Составы цемента тампонажного высокотемпературного армированного при минимальном, оптимальном и максимальном соотношении компонентов, мас.%.
Пример 1 (минимум)
Цемент тампонажный
(шлакопортландцемент)
74,75
Кварц дробленный с удельной поверхностью 3500 cм<sup>2</sup>/г
25,00
Фиброволокно длиной 6 мм
0,25
Пример 2 (оптимум)
Цемент тампонажный
(шлакопортландцемент)
69,73
2
Кварц дробленный с удельной поверхностью 3800 см/г 30,00
Фиброволокно длиной 6 мм
0,27
Пример 3 (максимум)
Цемент тампонажный
(шлакопортландцемент)
65,70
Кварц дробленный с удельной поверхностью 4000 см<sup>2</sup>/г
34,00
Фиброволокно длиной 6 мм
0,30
Пример 4 (до минимума)
Цемент тампонажный
(шлакопортландцемент)
79,80
Кварц дробленный с удельной поверхностью 3500 см<sup>2</sup>/г
20,00
Фиброволокно длиной 6 мм
0,20
Пример 5 (сверх максимума)
Цемент тампонажный
(шлакопортландцемент)
61,65
Кварц дробленный с удельной поверхностью 4000 см<sup>2</sup>/г
38,00
Фиброволокно длиной 6 мм
0,35
Результаты исследований приведены в таблице.
Пример использования предложенного цемента тампонажного
высокотемпературного армирующего.
Цементирование эксплуатационной колонны в термобарических условиях при температуре до 80°С и давлении до 40 МПа осуществляется тампонажным портландцементом ПЦТ I-100, соответствующим ГОСТ 1581-96.
Для цементирования эксплуатационной колонны в интервале температур от 80 до 160°С используется предложенный авторами цемент тампонажный высокотемпературный армированный.
На момент подачи заявки на изобретение с применением предложенного цемента тампонажного высокотемпературного армированного на месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз» зацементировано 12 эксплуатационных колонн.
Технико-экономическая или иная эффективность.
1. Технологичность данного материала при проведении работ по цементированию эксплуатационных колонн. Раствор стабилен во время всего процесса цементирования.
2. Обеспечение высоты подъема тампонажного раствора за эксплуатационной колонной до проектных отметок на 100%.
3. Увеличение коэффициента качества крепления скважин на 15-20% по сравнению с базовой технологией.
4. Сохранение упруго-деформационных свойств тампонажного камня при проведении перфорационных работ.
Источники информации
1. Данюшевский B.C. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам. М.: Недра, 1987, с.135-136.
2. Патент RU №2245989, 10.02.2005, 5с.