ТАМПОНАЖНЫЙ СОСТАВ ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ЗОН ИНТЕНСИВНОГО ПОГЛОЩЕНИЯ
GROUTING COMPOSITION FOR INSULATION OF ZONES OF INTENSIVE ABSORPTION

Изобретение относится к области строительства и ремонта нефтегазовых скважин, а именно к изоляционным составам, используемым преимущественно при ликвидации зон интенсивных поглощений промывочных жидкостей при бурении и ремонте нефтегазовых скважин.
Известен расширяющийся тампонажный материал пониженной плотности, содержащий, мас.%: портландцемент 100,0; расширяющаяся добавка 5-7; технические лигносульфонаты 0,01-0,25; триэтаноламин 0,01-0,06; смолу нейтрализованную воздухововлекающую 0,005-0,1 и гипс 0-6. В качестве расширяющейся добавки тампонажный материал может содержать, по крайней мере, один компонент из группы: глиноземистый цемент, алюмокальциевый шлак, сульфонаты кальция, сульфоферриты кальция (Патент РФ 2192539, опубл. 10.11.2002).
Недостатком известного расширяющегося тампонажного материала является недостаточно широкий диапазон регулирования плотности при растянутых сроках твердения, в связи с чем он не обладает достаточными изолирующими свойствами и не может быть использован для ликвидации высокоинтенсивных поглощений.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности является расширяющийся тампонажный материал с регулируемой плотностью раствора, включающий, мас.%: бездобавочный тампонажный портландцемент 37-57; молотую глину, термообработанную при 950-1000°C - 39-58; полуводный гипс 3-4; силипон 0,01-0,05; винную кислоту 0,01-0,05 и пластификатор 0,01-0,45 (Патент РФ 2401292, опубл 27.01.2008).
Недостатками указанного материала являются:
- узкий диапазон регулирования плотности;
- растянутые сроки схватывания;
- низкая прочность цементного камня;
- низкая адгезия цементного камня с породой;
- низкая устойчивость к размыву.
Высокое значение плотности указанного материала при максимальной аэрации может привести к снижению статического уровня «головы» пеноцементного моста (относительно расчетного значения), вплоть до кровли поглощающего интервала.
Растянутые сроки схватывания могут привести к полному размыву цементного моста при движении пластовых вод в поглощающем интервале или при перетоке пластовых жидкостей и газов из выше и нижележащих отложений в поглощающий интервал.
Низкая прочность и адгезия указанного материала могут привести к прорыву скважинной жидкости при разбуривании цементного моста по телу самого камня либо по контакту с породой, а низкая устойчивость к размыву - к растворению цементного камня при движении скважинной жидкости по образованным каналам.
По указанным причинам указанный известный материал (прототип) обладает недостаточными изолирующими свойствами в поглощающих породах с высокой раскрытостью проводящих каналов (до 1 см).
Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в повышении степени изолирующих свойств предлагаемого состава при изоляции интервалов поглощения скважинных жидкостей в пористых, кавернозных, трещиноватых породах, с раскрытием проводящих каналов от 1 мм до 10 мм, за счет пониженной плотности и высокой тиксотропии состава, а также за счет образования неразмываемого и непроницаемого цементного камня с высокими адгезионными свойствами к породе и повышенными прочностными характеристиками.
Указанный технический результат достигается предлагаемым тампонажным составом для изоляции зон интенсивного поглощения, включающем портландцемент, полуводный гипс, глину, пенообразователь и воду, при этом он дополнительно содержит хлорид кальция, гидроксиэтилцеллюлозу и инертную добавку, также в качестве глины состав содержит палыгорскитовый, или монтмориллонитовый, или каолиновый термомеханически активированный глинопорошок, а в качестве пенообразователя - анионактивное или амфотерное поверхностно-активное вещество ПАВ, при следующем соотношении компонентов, мас.ч:
портландцемент 76,0-91,9
полуводный гипс 4,0-16,0
указанный глинопорошок 4,0-20,0
инертная добавка 0,1-4,0,
указанный пенообразователь 0,1-0,5
хлорид кальция 4,0-12,0
гидроксиэтилцеллюлозу 0,1-0,2
и при водотвердом соотношении 0,6-1,0, при этом смесь портландцемента, полуводного гипса, указанного глинопорошока и инертной добавки составляет 100 мас.ч.
В качестве пенообразователя, представляющего собой анионактивное ПАВ, он содержит додецилсульфат натрия, или додецилэтоксисульфат натрия, или додецилбензосульфат натрия.
В качестве пенообразователя, представляющего собой амфотерное ПАВ, он содержит кератиновый или альбуминовый пенообразователь.
В качестве инертной добавки он содержит фибру полипропиленовую, или асбестовое волокно, или мраморную муку.
Приведенный технический результат достигается за счет следующего.
Функции дополнительно вводимых в тампонажный состав компонентов:
- хлористый кальций и полуводный гипс в указанных пропорциях являются высокоэффективными ускорителями схватывания и твердения. Кроме этого, указанный комплекс кальциевых солей повышает стабильность тампонажного состава, увеличивает прочность цементного камня и его сцепление с породой;
- гидроксиэтилцеллюлоза и глинопорошок (палыгорскитовый, или монтмориллонитовый, или каолиновый термомеханически активированный глинопорошок) многократно повышают стабильность тампонажного состава как аэрированной системы за счет кольматационного и реологического эффектов, а также являются основными компонентами указанного состава, регулирующими реологию и водоотдачу;
- рекомендованные в рецептуре предлагаемого тампонажного состава пенообразователи в виде указанных поверхностно-активных веществ являются наиболее эффективными воздухововлекающими добавками в тампонажном составе указанного состава, а также обладают ярко выраженными пластифицирующими свойствами;
- ввод инертных добавок в указанных количествах позволяет увеличить стабильность тампонажного состава, снизить показатель фильтрации, увеличить прочность цементного камня.
Благодаря совокупности компонентов, входящих в предлагаемый тампонажный состав, а также благодаря как заявляемому количественному соотношению этих компонентов, так и выполнению условия, чтобы смесь компонентов из портландцемента, полуводного гипса, глинопорошка и инертной добавки составляла бы 100 мас.ч., заявляемый тампонажный состав будет характеризоваться высокой аэрируемой способностью (следовательно, широким диапазоном регулирования плотности), стабильностью, низкой водоотдачей, приемлемой (для изоляционных работ) реологией, а также оптимальными сроками схватывания. При этом образующийся при твердении цементный камень характеризуется высокими показателями прочности и сцепления с породой, а также устойчивостью к размыву.
Благодаря указанным свойствам, предлагаемый тампонажный состав будет обеспечивать успешные работы при изоляции интервалов поглощения скважинных жидкостей в пористых, кавернозных, трещиноватых породах, с раскрытием проводящих каналов в широком диапазоне от 1 мм до 10 мм.
Для получения заявляемого тампонажного изоляционного материала использовали следующие реагенты:
Реагенты
ГОСТ, ТУ
Портландцемент
ГОСТ 1584-96
Полуводный гипс
ГОСТ 125-79
Глинопорошок палыгорскитовый
ГОСТ 25795-83 (марка П6)
Глинопорошок монтмориллонитовый
ГОСТ 25795-83 (марка Б6)
Глинопорошок каолиновый термомеханически активированный (марка ВМК)
ТУ 572901-001-65767184-2010
Инертные наполнители:
фибра полипропиленовая (Фиброцем марки Б)
ТУ 2458-058-40912231-2009
асбестовое волокно
ГОСТ 12871-93
мраморная мука
ГОСТ 14050-93
Пенообразователь - анионактивное ПАВ:
додецилсульфат натрия
ТУ 2481-023-50199225-2002
додецилэтоксисульфат натрия
ТУ 2481-004-13805981-2006
додецилбензосульфат натрия
ГОСТ 12389-66
Пенообразователь - амфотерное ПАВ:
пенообразователь кератиновый Foamin C
ТУ 2439-001-54658598-2002
пенообразователь альбуминовый
ГОСТ 9603-69
хлорид кальция
ГОСТ 450-77
гидроксиэтилцеллюлоза (Гидроцем марки Н)
ТУ 2231-009-40912231-2003
Вода техническая
Возможность осуществления заявляемого изобретения подтверждается следующим примером.
Пример. Для приготовления 1 л состава (без учета объема свободной газовой фазы) сначала готовили жидкость затворения: брали 500,0 г воды и при постоянном перемешивании в смесительной установке добавляли 33,3 г хлорида кальция. Перемешивали в течение 30 минут. Далее, при постоянном перемешивании, поочередно вводили гидроксиэтилцеллюлозу (Гидроцем марки Н) - 0,8 г, глинопорошок каолиновый термомеханически активированный (марки ВМК) - 33,3 г, гипс строительный - 33,3 г, инертную добавку (мраморную муку) - 0,8 г, портландцемент ПЦТ II-50 - 765,8 г, кератиновый пенообразователь Foamin C - 4,2 г.
В результате получили тампонажный состав со следующим соотношением компонентов, мас.ч: портландцемент - 91,9, гипс - 4,0, глинопорошок - 4,0, хлорид кальция - 4,0, пенообразователь - 0,5, инертная добавка - 0,1, гидроксиэтилцеллюлоза - 0,1, при водотвердом соотношении - 0,6.
Тампонажные составы с другим количественным соотношением компонентов готовили аналогичным образом.
В таблице 1 приведены данные о содержании компонентов в исследованных составах.
По общеизвестным методикам определяли технологические свойства предлагаемого и известного тампонажных составов, а также физико-механические свойства образующегося из него тампонажного камня (таблица 2).
3
Из данных, приведенных в таблице 2, следует, что плотность пеноцементного раствора заявленного состава значительно ниже как плотности состава по прототипу, так и плотности воды (880, 1270, 1000 кг/м соответственно). Поэтому снижение уровня цементного моста, связанное с превышением давления столба скважинной жидкости на поглощающий интервал, маловероятно, что исключит некачественное цементирование.
Сроки схватывания пеноцементного раствора заявленного состава являются технологически минимально допустимыми для безаварийного ведения работ и значительно ниже сроков схватывания прототипа (начало схватывания 3 и 7 часов соответственно). Таким образом, риск размыва цементного моста во время его твердения пластовыми или скважинными жидкостями минимален.
Прочностные и адгезионные характеристики пеноцементного раствора заявленного состава значительно превосходят аналогичные параметры прототипа. Через 12 часов прочность на сжатие цементного камня заявленного состава - 1,9 МПа, адгезия - 0,3 МПа, в то время как цементный раствор по прототипу еще не схватился. Высокие значения прочности и адгезии цементного камня снижают вероятность прорыва скважинной жидкости как по телу цементного камня, так и по контакту «цементный камень - порода» во время разбуривания цементного моста.
На момент конца схватывания пеноцементного раствора заявленного состава (7-10 часов) цементный камень характеризуется нулевой размываемостью, в то время как цементный раствор по прототипу еще не схватился, в связи с чем его устойчивость к размыву не превышает 50%. Высокая устойчивость к размыву исключает возможность разрушения цементного моста во время его разбуривания или при выполнении дальнейших работ.
Из вышесказанного можно сделать вывод, что изоляционные свойства разработанного состава, характеризующегося широким диапазоном регулирования плотности, а также высокими прочностными и адгезионными свойствами, значительно превышают свойства известных тампонажных составов и позволяют в промысловых условиях обеспечить изоляцию поглощающих пород с раскрытостью проводящих каналов от 1 мм до 1 см.
Таблица 1
№ состава
Компоненты, мас.ч.
Водотвердое соотношение В/Т
Портландцемент
Гипс полуводный
Глинопорошок
Инертная добавка
CaCl<sub>2</sub>
Пенообразователь
Гидроксиэтилцеллюлоза
Винная к-та
Пластификатор
Предлагаемый тампонажный состав
1
91,9
4,0
4,0
0,1
4,0
0,5
0,1
-
-
0,6
2
76,0
4,0
19,9
0,1
12,0
0,5
0,2
-
-
1
3
84,0
4,0
11,9
0,1
8,0
0,3
0,15
-
-
0,8
4
78,0
16,0
4,0
2,0
4,0
0,1
0,2
-
-
0,9
5
82,0
10,0
4,0
4,0
4,0
0,5
0,1
-
-
0,7
Известный состав по прототипу
6
57,0
3,0
39,0
0,0
0,0
0,05
0,0
0,05
0,9
0,6
Примечание: 1. В опыте 4 в качестве глинопорошка использовали палыгорскитовый глинопорошок; в опыте 5 - монтмориллонитовый; в остальных опытах - матакаолиновый.
2. В опыте 2 в качестве пенообразователя использовали додецилсульфат натрия; в опыте 5 - додецилэтоксисульфат натрия; в опыте 3 - додецилбензосульфат натрия; в опыте 4 - кератиновый пенообразователь; в опыте 1 - альбуминовый.
3. В опыте 2 в качестве инертной добавки использовали фибру полипропиленовую; в опыте 4 - асбестовое волокно; в остальных опытах - мраморную муку.
Таблица 2
Номер состава из табл.1
Свойства тампонажного состава
Свойства тампонажного камня
плотность, кг/м<sup>3</sup>
растекаемость, мм
показатель фильтрации, см<sup>3</sup>/30 мин (ΔP=0,7 МПа)
водоотделение, см<sup>3</sup>
начало схватывания, ч-мин
конец схватывания, ч-мин
адгезия*, МПа
прочность на сжатие*, МПа
Размываемость*, %
Предлагаемый тампонажный состав
1
1790/880
210/170
32
1
3
7
0,3
1,9
0
2
1500/1010
240/220
345
0
6
10
0,2
0,8
0
3
1570/990
150/170
300
1
4
8
0,4
1,7
0
4
1620/1000
130/180
130
0
5
9
0,2
1,0
0
5
1650/1050
160/180
293
0
3
7
0,3
1,8
0
Известный состав по прототипу
6
1660/1270
27/23
615
10
8
>12
0
0
>50
Примечание:
а) время перемешивания составов составляло 1 час;
б) замеры плотности и растекаемости тампонажных составов производились через 3 мин/1 час после начала замешивания;
в) * - замер параметров цементного камня производился после нахождения образцов в статическом положении в течение 12 час в стандартных условиях.