РАСШИРЯЮЩИЙСЯ ТАМПОНАЖНЫЙ СОСТАВ
EXPANDING PLUGGING COMPOSITION

Изобретение относится к тампонажным составам для цементирования обсадных колонн в нефтяных, газовых и газоконденсатных скважинах.
Известен тампонажный состав, содержащий портландцемент, суперпластификатор С-3, сульфацелл и воду /Патент №2136843, Е21В 33/138, опубл. 10.09.1999/.
Недостатком данного состава является низкая изолирующая способность из-за отсутствия расширения камня и повышенной величины контракции.
Наиболее близким по составу и назначению является тампонажный состав, содержащий тампонажный цемент, реагент - стабилизатор, минеральную добавку и воду при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Тампонажный цемент
100
Реагент - стабилизатор
0,2-1,2
Минеральная добавка
2,0-3,0
Вода
40-50
/Патент №2256775, Е21В 33/138, опубл. 20.07.2005/.
Недостатком данного состава является отсутствие расширения при твердении в камень и высокое значение величины контракции, следовательно, снижение изолирующей способности.
Отсутствие расширения при твердении состава не позволяет формировать напряженный контакт камня с ограничивающими поверхностями и обеспечивать высокую герметичность в кольцевом пространстве при наличии фильтрационной глинистой корки бурового раствора, что в совокупности с контракцией может привести к флюидопроявлениям или межпластовым перетокам. В процессе контракции и развития вакуума происходит обезвоживание фильтрационной глинистой корки бурового раствора, усадка и образование трещин, но при этом отсутствует возможность компенсации изменения ее свойств ввиду отсутствия уплотняющего действия со стороны твердеющего без расширения тампонажного камня. Кроме этого, в результате контракционного разрежения и снижения давления в интервале цементирования возрастает вероятность проникновения в затрубное пространство пластового флюида (газа) с дальнейшей миграцией в вышележащие (нижележащие) проницаемые пласты или до устья скважины.
При создании изобретения решалась задача повышения качества крепления обсадных колонн в интервале продуктивных пластов с умеренными температурами в диапазоне от 50 до 100°C.
Техническим результатом изобретения является повышение изолирующей способности тампонажного раствора на основе расширяющегося тампонажного состава за счет его расширения при твердении в камень и одновременного снижения контракции.
Решение поставленной задачи и технического результата достигается тем, что расширяющийся тампонажный состав включает тампонажный цемент, тонкодисперсную неорганическую добавку, гидроксиэтилцеллюлозу, хлористый натрий (NaCl) или хлористый калий (KCl) и воду при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Тампонажный цемент
75,0-85,0
Тонкодисперсная неорганическая добавка
15,0-25,0
Гидроксиэтилцеллюлоза
0,3-0,6
Хлористый натрий или хлористый калий
5,0-10,0
Вода
37,4-47,7
В качестве тонкодисперсной неорганической добавки расширяющийся тампонажный состав содержит мел природный технический дисперсный (МТД-2), или кварц молотый пылевидный (Кварц Б), или заполнитель кремнеземистый тонкомолотый (КРТЗ).
В качестве гидроксиэтилцеллюлозы расширяющийся тампонажный состав содержит неионогенные марки гидроксиэтилцеллюлозы типа Натросол 250 GXR, или Натросол 250 MX, или Натросол 250 EXR.
В качестве тонкодисперсной неорганической добавки использовались: мел природный технический дисперсный по ТУ 5743-008-05120542-96, представляющий собой порошкообразный продукт белого цвета, получаемый путем дробления, сушки, тонкого помола природного карбоната кальция; кварц молотый пылевидный по ГОСТ 9077-82, представляющий собой твердый природный материал светло-серого цвета высокой степени дисперсности; заполнитель кремнеземистый тонкомолотый по ТУ 5712-046-00187085-2006, представляющий собой порошкообразный продукт светло-коричневого цвета, получаемый путем тонкого помола природного кремнезема.
В качестве гидроксиэтилцеллюлозы применялись неионогенные марки гидроксиэтилцеллюлозы типа Натросол 250 GXR, Натросол 250 MX, Натросол 250 EXR по ТУ 2231-001-21095737-2005, представляющие собой гранулированные порошки, которые быстро растворяются в воде, образуя растворы различной вязкости. Типичная вязкость по Брукфилду 2% водных растворов добавок при 25°C составляет: 50-105 мПа·с для Натросол 250 EXR, 250-450 мПас для Натросол 250 GXR, 4500-6500 мПас для Натросол 250 MX.
Использовался хлорид натрия по ГОСТ 4233-77 или хлорид калия по ГОСТ 4568-95.
Определение основных свойств тампонажного раствора и камня проводили при температуре (75±3)°C в соответствии с ГОСТ 26798.1-96 «Цементы тампонажные. Методы испытаний». Плотность тампонажного раствора определяли пикнометром, растекае-мость формой-конусом, водоотделение - в двух цилиндрах объемом 250 мл, предел прочности камня на изгиб и сжатие - на испытательной машине для определения прочности на изгиб/сжатие модель L11V2 №07003613 (Италия, фирма «Controls s.r.L»), контракцию, расширение и усадку тампонажного раствора при твердении в камень - на приборе модель 4268 ES (США, фирма «Chandler Engineering»).
Расширяющийся тампонажный состав готовили следующим образом. Хлорид натрия или хлорид калия и гидроксиэтилцеллюлоза растворялись в воде при перемешивании на магнитной мешалке ММ-5 до полного растворения. Сухая смесь готовилась путем ручного перемешивания тампонажного цемента и тонкодисперсной неорганической добавки в заданных соотношениях. Затем на водном растворе реагентов производилось затворение сухой смеси в смесителе лабораторном СЛ-1 согласно ГОСТ 26798.1-96. После этого замерялись параметры раствора и определялись свойства сформированного камня.
Раствор прототипа также приготовлен в лабораторных условиях и замерены его параметры.
Пример. Для приготовления расширяющегося тампонажного состава (таблица, состав 9) необходимо взять 427 г воды, 70 г NaCl, 3 г Натросол 250 GXR, затем приготовить сухую смесь из 800 г тампонажного портландцемента и 200 г МТД-2. Затворенный состав перемешивают три минуты и определяют плотность, растекаемость, водоотделение. Раствор заливают в формы для определения прочности камня при изгибе, сжатии и в ячейку прибора 4268 ES для определения контракции, расширения и усадки при температуре (75±3)°C.
3
Приготовленный состав имеет плотность 1,93 г/см, растекаемость 189 мм, водоотделение 0,0 мл, прочность камня при изгибе 6,5 МПа, прочность камня при сжатии 33,2 МПа, расширение камня 1,26%, контракцию раствора при твердении в камень - 2,0
Примеры приготовления и испытания остальных составов, приведенных в таблице, аналогичны вышеописанному.
Для выявления отличительных признаков и положительного эффекта изменяли массовые соотношения ингредиентов.
Совокупность тампонажного цемента, гидроксиэтилцеллюлозы, хлористого натрия или хлористого калия, тонкодисперсной неорганической добавки и воды в результате проявления синергетического эффекта придает тампонажному составу новое свойство - сочетание расширяющейся способности и низкой контракции при твердении в камень.
Как видно из таблицы, заявляемый расширяющийся тампонажный состав с оптимальным соотношением компонентов превосходит известные из уровня техники аналоги, а именно, характеризуется расширяющейся способностью и низкой контракцией при твердении в камень.