Патент на изобретение №2267004

(54) СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОЗАЩИТНОГО ТАМПОНАЖНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ УСЛОВИЙ МНОГОЛЕТНИХ МЕРЗЛЫХ ПОРОД

(57) Реферат:

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин и касается составов тампонажных материалов, используемых при цементировании обсадных колонн в условиях многолетних мерзлых пород. Сырьевая смесь для получения теплозащитного цементного тампонажного материала для условий многолетних мерзлых пород содержит, мас.%: тампонажный портландцемент – 34,4…43,3, полые стеклянные микросферы – 13,0…17,2, суперпластификатор С-3 – 0,26…0,32, вода – остальное или, мас.%: тампонажный портландцемент – 36,55…45,3, аппретированные полые стеклянные микросферы – 13,25…18,5, суперпластификатор С-3 – 0,28…0,34, вода – остальное. Технический результат – снижение теплопроводности во времени за счет уменьшения влажности цементного кольца, повышение надежности защиты от растепления в условиях многолетних мерзлых пород, герметичности затрубного пространства, дебита скважины при ее эксплуатации при значительном сокращении стоимости цементирования и защиты конструкции скважины от растепления. 5 табл.

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин и касается составов тампонажных материалов, используемых при цементировании обсадных колонн в условиях многолетних мерзлых пород.

Известен состав тампонажного раствора, содержащего тампонажный портландцемент, наполнитель в виде аппретированных стеклянных микросфер марки МСО А9 в количестве от 3,5 до 13,2 мас.%, модифицирующие добавки – суперпластификатор НКНС-1 «40-03» и гидрофобизатор ГМЖ и воду (Патент РФ №1640367, кл. Е 21 В 33/138, 1991).

В известном тампонажном растворе содержится от 3,5 до 13,2 мас.% аппретированных полых стеклянных микросфер, что не позволяет достичь требуемых низких значений теплопроводности влажного тампонажного материала после затвердевания для возможности его использования в качестве теплозащиты многолетних мерзлых пород от растепления при эксплуатации скважины

Изобретение направлено на решение задачи по эффективной герметизации затрубного пространства нефтегазовых скважин при цементировании и одновременная защита ММП от растепления в процессе их крепления и эксплуатации.

Для этого сырьевая смесь для получения теплозащитного тампонажного материала для условий многолетних мерзлых пород, включающая тампонажный портландцемент (ПЦТ), модифицирующие добавки и наполнитель, в качестве модифицирующих добавок содержит суперпластификатор С-3, а в качестве наполнителя – полые стеклянные микросферы (ПСМС) при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: тампонажный портландцемент – 34,4…43,3, полые стеклянные микросферы – 13,0…17,2, суперпластификатор С-3 – 0,26…0,32, вода – остальное или аппретированные полые стеклянные микросферы при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:тампонажный портландцемент – 36,55…45,3, аппретированные полые стеклянные микросферы -13,25…18,5, суперпластификатор С-3 – 0,28…0,34, вода – остальное.

Полые стеклянные микросферы имеют удельную поверхность не менее 44000 см²/г и серийно выпускаются промышленностью России по ТУ 6-36 и ТУ 6-11-156. В качестве вяжущего используется тампонажный портландцемент, который производится по ГОСТ 1581-96. Суперпластификатор С-3 соответствует требованиям ТУ 6-36-0204229-625. Суперпластификатор С-3 позволяет существенно снизить количество воды затворения при стандартной растекаемости.

Теплозащитный тампонажный материал приготавливается и закачивается с использованием традиционного цементировочного оборудования. Предлагаемый теплозащитный тампонажный материал позволяет получить сверхлегкий цементный тампонажный материал с плотностью вплоть до 0,78 г/см³, обладающий прочностью при изгибе в возрасте 2 сут от 0,8 до 1,3 МПа при температуре твердения (20±2)°С и от 1,2 до 2,5 МПа при температуре твердения (75±2)°C. Такие значения значительно превосходят требования ГОСТ РФ для облегченных цементных тампонажных материалов. Так, прочность на растяжение при изгибе для них должна быть больше 1 МПа. Предлагаемый материал имеет теплопроводность во влажном состоянии вплоть до 0,17 Вт/(м*°С), которая во времени снижается за счет влагопереноса и продолжающейся гидратации тампонажного портландцемента; позволяет исключить использование дорогостоящих лифтовых теплоизолирующих труб; производить монтаж посредством цементирования затрубного пространства скважин; значительно ускорить завершающие работы на скважине; существенно повысить надежность крепи при эксплуатации скважин. Сравнительные данные об известных и предлагаемых тампонажных материалах и свойства приведены в табл.1-5. В табл.3, 4, 5 приведены свойства предлагаемых цементных тампонажных материалов, сформированных в условиях скважины при давлениях 10-30 МПа и температуре 75°С. Результаты подтверждают стабильность тампонажного материала по средней плотности и теплопроводности под действием давления в скважине. Прочность таких материалов возрастает в несколько раз по сравнению с атмосферными условиями формирования камня. Анализ результатов (табл.5) показывает, что снижение влажности цементного камня приводит к уменьшению температуры грунта на границе цементного кольца с многолетними мерзлыми породами. Такой процесс повышает надежность конструкции скважины: растепление мерзлого грунта вокруг ствола скважины не происходит. С увеличением срока эксплуатации скважины снижается влажность камня за счет градиента температуры и влажности, гидратации тампонажного портландцемента, что ведет к повышению теплозащитных свойств предлагаемого теплозащитного материала с полыми стеклянными микросферами.

Применение предлагаемого теплозащитного материала дает возможность значительно снизить трудовые, энергетические, материальные и финансовые затраты при строительстве, повысить надежность при эксплуатации нефтяных и газовых скважин.

Формула изобретения

Сырьевая смесь для получения теплозащитного цементного тампонажного материала для условий многолетних мерзлых пород, включающая тампонажный портландцемент, модифицирующую добавку, наполнитель и воду, отличающаяся тем, что в качестве модифицирующей добавки она содержит суперпластификатор С-3, а в качестве наполнителя – полые стеклянные микросферы при соотношении ингредиентов, мас.%:

или аппретированные полые стеклянные микросферы при соотношении ингредиентов, мас.%: