ОБЛЕГЧЕННЫЙ ТАМПОНАЖНЫЙ СОСТАВ
LIGHTWEIGHT PLUGGING COMPOSITION

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к строительству нефтяных и газовых скважин, и может быть использовано при цементировании эксплуатационной колонны верхних надпродуктивных интервалов скважины тампонажным материалом с добавлением пеностекла.
Известна облегченная тампонажная смесь (патент RU №2255205, МПК Е21В 33/138, опубл. 27.06.2005, бюл. №18), включающая тампонажный портландцемент, алюмосиликатные микросферы - облегчающая добавка, микрокремнезем МК-85 неуплотненный, конденсированный - понизитель скорости фильтрации, и гранулированный хлорид кальция.
Данная тампонажная смесь имеет следующий недостаток - короткие сроки загустевания тампонажной смеси из-за введения хлорида кальция, что может привести к превышению плановых давлений при цементировании.
3
Наиболее близкой по составу и назначению к предлагаемому является рецептура тампонажного раствора (Опыт повышения качества крепления скважин в ОАО «Татнефть». Нефтяное хозяйство. 2012. - №5. - С. 45-47). В данной рецептуре в качестве облегчающей добавки указаны стеклянные полнотелые, увеличенные в объеме гранулы Super-К с размером фракции 0,1±0,8 мм с закрытыми порами плотностью 1000 кг/м. Также рецептура включает понизитель водоотдачи и пеногаситель.
Недостатком данного состава является раннее загустевание цементного раствора, что может привести к недостижению ожидаемых физико-механических свойств цементного раствора и, как следствие, к недоподъему цементного раствора к устью скважины и оставлению цементного раствора в колонне, что влечет за собой простой скважины и затраты времени на дополнительное разбуривание цементного камня.
Техническими задачами настоящего изобретения являются сокращение материальных и денежных затрат за счет уменьшения расхода используемого, более дешевого инертного наполнителя, а также расширение технологических возможностей применения облегченного тампонажного состава за счет изменения диапазона плотностей при сохранении высоких технологических показателей получаемого раствора и высокой прочности цементного камня из него, а также прочности сцепления цементного камня с обсадной колонной и стенкой скважины.
Поставленные технические задачи решаются описываемым облегченным тампонажным составом для цементирования верхних надпродуктивных интервалов скважины, включающим тампонажный портландцемент, облегчающую добавку в виде пеностекла, понизитель водоотдачи и пеногаситель.
3
Новым является то, что пеностекло выбрано с фракционным составом 0,4-1 мм, водопоглощением по объему 2-10% и насыпной плотностью гранул 400±50 кг/м, в качестве понизителя водоотдачи состав содержит поливинилацетат марки ВР-08, а в качестве пеногасителя - низковязкую силиконовую пеногасящую эмульсию марки Пента 463, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
тампонажный портландцемент
100
пеностекло
17-23
понизитель водоотдачи
0,3-0,6
пеногаситель
0,04-0,06
Для осуществления изобретения использовали следующие компоненты:
- тампонажный портландцемент с техническими условиями по ГОСТ 1581-96;
- пеностекло - материал с ячеистой структурой, получаемый спеканием тонкоизмельченного стекла и газообразователя (производство ООО "МК Новые технологии", г. Яхрома), имеющий следующие характеристики:
- фракционный состав - 0,4-1 мм;
- коэффициент теплопроводности - не более 0,16 Вт/(м·К);
- водопоглощение по объему - 2-10%;
3
- насыпная плотность гранул - 400±50 кг/м;
3
- пеногаситель марки ВР-08 - поливинилацетат (поливиниловый спирт), бесцветный полимер, растворимый в воде, с плотностью 1,27-1,3 г/см, используемый в качестве понизителя водоотдачи;
- вода по ГОСТ 2874-82 - водопроводная.
Также могут быть использованы понизители водоотдачи следующих марок:
- Wellfix FL-1, FL-2 (ООО «Химпром», г. Пермь), позволяющий эффективно регулировать фильтрационные характеристики цементного раствора. Снижает показатель водоотделения за счет структурирования цементного теста и удерживания воды в объеме раствора;
- Clearwater CFL-110 (фирма Clearwater Engineered Chemistry, США) - водорастворимая полимерная добавка нелатексного типа для снижения показателя фильтрации тампонажного раствора и увеличения адгезии цементного камня;
- Diasel FL (Chevron Philips, США) - незамедляющий понизитель фильтрации, позволяющий сократить потребность в ускорителях схватывания при низких температурах или при применении цементных растворов низкой плотности.
В качестве пеногасителя использовали низковязкую силиконовую пеногасящую эмульсию марки Пента 463 по ТУ 257-029-40245042-2002 от белого до светло-серого цвета, смешивающуюся с водой в любых соотношениях.
Для проведения лабораторных исследований были приготовлены тампонажные растворы с компонентными составами, приведенными в опытах 1-7 (табл.).
Определение основных свойств облегченного тампонажного раствора и камня производили при температуре 20±2°С и атмосферном давлении в соответствии с ГОСТ 26798.1-96 "Цементы тампонажные. Методы испытаний", а также с моделированием скважинных условий при давлении 25 МПа и температуре 30°С.
Тампонажный раствор готовят следующим образом. Водный раствор готовят путем растворения в отстоянной водопроводной воде необходимого количества химических реагентов в течение 5 мин. Далее в него добавляют заранее приготовленную смесь тампонажного портландцемента с гранулами пеностекла и полученный раствор перемешивают в течение 30 мин при помощи мешалки со скоростью 500-700 об/мин (с целью предотвращения разрушения гранул).
Пример конкретного выполнения. Для приготовления тампонажного раствора взяли 600 г отстоянной водопроводной воды, в которую добавили 5 г поливинилацетата марки ВР-08 и 0,5 г силиконовой пеногасящей эмульсии марки Пента 463 и перемешивали до полного растворения реагентов в воде.
Затем сухую смесь из 1000 г портландцемента и 200 г пеностекла затворяли на приготовленном водном растворе и перемешивали до получения однородного тампонажного раствора (опыт №4, табл.).
Плотность тампонажного раствора определяли пикнометром. Растекаемость по конусу АзНИИ. Пределы прочности цементного камня на изгиб и сжатие определяли через 2 сут (ГОСТ 26798.1-96). Адгезию цементного камня с колонной определяли следующим образом. В кольцевую форму заливали тампонажный раствор. С помощью испытательной машины через 48 часов пуансоном выдавливали получившийся цементный камень, замеряли силу смещения (Данюшевский B.C., Алиев P.M., Толстых И.Ф. Справочное руководство по тампонажным материалам. - М.: Недра, 1987. - С. 350-353).
3
Анализ данных прототипа показывает, что известный тампонажный раствор (опыты №8, 9) при водоцементном отношении 0,636 имеет нестабильную плотность при фиксированном содержании ингредиентов. Полученный из смеси тампонажный раствор имеет показатели плотности от 1487 до 1530 кг/м, при твердении цементного камня в условиях низких и нормальных температур - в течение 2 сут.
Средняя прочность по результатам семи опытов (опыты №1-7) составила: на изгиб - 2,96 МПа, что выше аналогичного показателя прототипа в 1,5 раза, на сжатие - 7,96 МПа, в 1,7 раза, соответственно. Растекаемость цементного теста в пределах ГОСТ 26798.1-85 (240-250 мм) (опыты №1-7).
Средняя прочность цементного камня на сжатие при твердении в камере ультразвукового анализатора цемента (УАЦ) через 48 ч, при давлении Р=25 МПа и температуре t=30°С составила 18,46 МПа, что выше аналогичного показателя у прототипа в 2,2 раза.
Адгезия цементного камня через 24 ч при давлении 25 МПа и температуре 30°С достигает 46,5 кН, что превышает в 6 раз показатель прототипа, равный 7,3 кН.
Как видно из результатов лабораторных исследований, предлагаемый облегченный тампонажный состав обладает преимуществом по следующим физико-механическим показателям: прочности на изгиб и сжатие, прочности под давлением и адгезии, что позволяет улучшить качество цементирования.
Предлагаемый состав расширяет технологические возможности применения облегченного тампонажного состава за счет расширения диапазона плотностей, обеспечивает улучшение качества крепления скважин, сохранение сплошности хорошо изолирующего цементного камня в кольцевом пространстве по всему интервалу цементирования за счет оптимальной растекаемости и высокой прочности сцепления цементного камня с обсадной колонной, позволит обеспечить снижение затрат при строительстве скважин за счет менее жестких условий подготовки ствола скважины, сокращения времени ожидания затвердевания цемента, а также за счет снижения стоимости облегчающей добавки поможет создать стойкую к кислотным обработкам призабойную зону скважины, за счет инертного наполнителя - пеностекла, позволит обеспечить подъем тампонажного раствора при цементировании скважин в одну ступень.
Технико-экономическое преимущество предложения заключается в следующем.
Используемые в составе компоненты доступны для приготовления тампонажного раствора, при этом пеностекло, входящее в состав компонентов, отечественного производства и в три раза дешевле, чем облегчающий компонент зарубежного производства по прототипу. Приготовление и применение тампонажного раствора из предлагаемого состава не требуют использования дополнительного оборудования, следовательно, не увеличивают капитальные затраты, а технология цементирования не отличается от общепринятой. Использование предлагаемого состава на нефтяных промыслах даст ощутимый экономический эффект.
К дате подачи заявки идут подготовительные операции к промысловым испытаниям на скважинах ОАО "Татнефть".