Патент на изобретение №2302444

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2302444 (13) C2
(51) МПК

C09K8/467 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 29.11.2010 – действует

(21), (22) Заявка: 2005106570/03, 09.03.2005

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

09.03.2005

(43) Дата публикации заявки: 20.08.2006

(46) Опубликовано: 10.07.2007

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
RU 2235192 C1, 27.08.2004. SU 1682531 A1, 19.07.1989. GB 2353523 A, 28.02.2001. EP 0124227 A, 07.11.1984. БУЛАТОВ А.И., ДАНЮШЕВСКИЙ B.C. Тампонажные материалы. – М.: Недра, 1987, с.189-193. ВОЛЖЕНСКИЙ А.В. Минеральные вяжущие вещества. – М.: Стройиздат, 1986, с.237.

Адрес для переписки:

450006, г.Уфа, ул. Ленина, 86, ОАО “АНК “Башнефть”, НТО, Л.К. Шигаповой

(72) Автор(ы):

Рахматуллин Марат Раифович (RU),
Шувалов Анатолий Васильевич (RU),
Лукьянов Юрий Викторович (RU),
Емалетдинова Людмила Дмитриевна (RU),
Камалетдинова Резеда Миннисайриновна (RU),
Садыков Рустем Равилевич (RU),
Судаков Артем Сергеевич (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Открытое акционерное общество “Акционерная нефтяная компания “Башнефть” (ОАО “АНК “Башнефть”) (RU)

(54) ТАМПОНАЖНЫЙ СОСТАВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к тампонажным растворам, предназначенным для цементирования скважин в нефтяной и газовой промышленности. Технический результат изобретения – повышение качества крепления скважин за счет использования пластичного цементного раствора с регулируемым временем схватывания, обеспечивающим высокие прочностные и адгезионные свойства цементного камня. Тампонажный раствор, включающий цемент, воду и добавку, в качестве указанной добавки содержит побочный продукт от производства гептила следующего состава, мас.%: натрий сернокислый – Na2SO4 95,5-97,0, нитрат натрия – NaNO3 0,5-1,0, хлористый натрий – NaCl 0,6-1,2, сернокислый кальций – CaSO4 0,4-1,0, нитрит натрия – NaNO2 не более 0,5, оксид железа – Fe2О3 не более 0,03, ионы магния Mg2+ не более 0,1, нерастворимый в воде остаток не более 0,4, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: цемент 100, указанный побочный продукт от производства гептила 2,0-5,0, вода 40-50. 2 табл.

Изобретение относится к тампонажным растворам, предназначенным для цементирования скважин в нефтяной и газовой промышленности.

Известен тампонажный раствор, содержащий тампонажный портландцемент, конденсированную сульфитспиртовую барду (КССБ) в количестве от 0,1 до 0,7% к массе портландцемента и воду при водоцементном отношении от 0,5 до 0,4 [Данюшевский B.C. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам. – М.: Недра, 1987, с.53].

Тампонажный раствор не обеспечивает необходимых сроков схватывания и прочности цементного камня.

Наиболее близким к предлагаемому составу, по назначению и совокупности существенных признаков, является тампонажный раствор, содержащий портландцемент, воду и нитрит натрия, содержащий добавку – жидкость плотностью 1183 кг/м3, с концентрацией следующих реагентов, мас.%:

нитрит натрия 15,2…22,3
нитрат натрия 0,69…1,96
сульфат натрия 4,76
хлорид натрия 0,08…8,25
карбонат натрия 0,40…1,5 7

При следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.:

цемент 100
указанная добавка 20…30
вода 20…30

Недостатками известного тампонажного раствора являются его низкая пластичность (растекаемость) и короткое время схватывания, что приводит к существенному ухудшению прокачиваемости цементного раствора, нарушению сплошности цементного камня в кольцевом пространстве и, как результат, снижению качества крепления скважин.

Задачей изобретения является повышение качества крепления скважин за счет использования пластичного цементного раствора с регулируемым временем схватывания, обеспечивающим высокие прочностные и адгезионные свойства цементного камня.

Для решения указанной задачи тампонажный раствор, включающий портландцемент, воду и добавку, в качестве указанной добавки содержит побочный продукт производства гептила с концентрацией следующих ингредиентов, мас.%:

натрий сернокислый (Na2SO4) 95,0…97,0
нитрат натрия (NaNO3) 0,5…1,0
хлористый натрий (NaCl) 0,6…1,2
сернокислый кальций (CaSO4) 0,4…1,0
нерастворимый в воде остаток не более 0,4
ионы магния (Mg2+) не более 0,1
оксид железа (Fe2О3) не более 0,03
нитрит натрия (NaNO2) не более 0,5
вода не более 1,0

При следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

цемент 100
указанная добавка 2,0…5,0
вода 40…50

Побочный продукт производства гептила выпускается в виде порошка белого цвета по ТУ 2141-114-05766575-2004.

Достигаемый при осуществлении изобретения технический результат – одновременное повышение пластичности (растекаемости) цементного раствора, сокращение времени его схватывания, а также повышениие прочностных и адгезионных свойств цементного камня обусловлен комбинированным влиянием солей предлагаемой добавки на основные стадии формирования цементного камня: растворение оксидов кальция и кремния, их взаимодействие в растворе и кристаллизацию образовавшихся силикатов.

Результаты лабораторных исследований показали, что побочный продукт производства гептила целесообразно применять в количестве 2,0-5,0 мас.ч. к цементу. Меньшее количество (менее 2,0 мас.ч.) его в цементе не оказывает существенного влияния на время схватывания цементного раствора, а также прочностные и адгезионные характеристики цементного камня. Увеличение количества побочного продукта производства гептила в цементе (свыше 5,0 мас.ч.) существенно ускоряет время начала схватывания цементного раствора – до 1 ч, что является неприемлемым для проведения ремонтно-изоляционных и ремонтно-восстановительных работ в нефтяных и газовых скважинах.

Сравнение заявляемого тампонажного раствора с прототипом свидетельствует о том, что предлагаемый состав обладает новым качественным и количественным свойством, поэтому заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения «новизна».

Для проведения лабораторных исследований использовали портландцемент по ГОСТ 1581-91. Приготовление тампонажных растворов и определение их основных технологических параметров: растекаемость, время схватывания проводили согласно ГОСТ 26798.1-85; прочность цементного камня – по ГОСТ 26798.2-85. Пластифицирующий эффект от предлагаемого тампонажного раствора оценивали по сравнению с бездобавочным цементным раствором (ПЭ1] или прототипом (ПЭ2) по формуле:

,

Д1 – растекаемость предлагаемого тампонажного раствора;

Д2 – растекаемость бездобавочного тампонажного раствора (или прототипа) при одинаковом водоцементном отношении.

Цементный тампонажный состав готовился следующим образом. Навеску побочного продукта производства гептила смешивали с пресной водой и полученной смесью затворяли цемент. Для испытания было приготовлено несколько предлагаемых составов с различными соотношениями ингредиентов (см. таблицу 1). Все измерения проводились при температуре 22±2°С.

В таблице 2 приведены характеристики цементного раствора и цементного камня на основе предлагаемых составов и известного, а также цемента без добавок.

Видно, что с увеличением количества побочного продукта производства гептила с 2,0 до 5,0 мас.ч. увеличивается растекаемость цементного раствора, при этом пластифицирующий эффект предлагаемого раствора по сравнению с прототипом возрастает на 28-39%, а по сравнению с цементом без добавки – на 15-25%. Время начала схватывания изменяется в интервале 6-2 ч. Прочностные и адгезиионные характеристики цементного камня остаются на высоком уровне. Оптимальные характеристики цементного раствора и цементного камня достигаются при добавлении побочного продукта производства гептила в количестве 3,0 мас.ч. к цементу. При этом время начала схватывания цементного раствора составляет 4 ч, пластифицирующий эффект по сравнению с прототипом равен 33%, прочность на изгиб, сжатие достигает соответственно 5,4; 15,5 МПа, адгезия цементного камня к поверхности породы, металла и старого цементного камня выше, чем у прототипа.

Полученные данные свидетельствуют о том, что по сравнению с прототипом предлагаемый тампонажный состав является высокопластичным, обладает оптимальным временем схватывания и обеспечивает высокие прочностные и адгезионные свойства цементного камня.

Таким образом, применение предлагаемого цементного раствора в нефтегазодобывающей промышленности позволит повысить качество цементирования и долговечность крепи скважины.

Таблица 1
Компоненты предлагаемого тампонажпого состава и ингредиенты побочного продукта производства гептила
Тампонажный состав 1 2 3 4 5
цемент, мас.ч. 100 100 100 100 100
вода, мас.ч. 40 45 50 50 50
побочный продукт производства гептила, мас.ч. (мас.%): 2,0 (100) 2.5 (100) 3,0 (100) 5,0 (100) 0
натрий сернокислый (Na2SO4) 1,900 (95,00) 2,425 (97,00) 2,880 (96,00) 4,800 (96,00) –
нитрат натрия (NaNO3) 0,020 (1,00) 0,013 (0,50) 0,021 (0,70) 0,035 (0,70) –
хлористый натрий (NaCl) 0,024 (1,20) 0,015 (0,60) 0,030 (1,00) 0,050 (1,00) –
сернокислый кальций (CaSO4) 0,020 (1,00) 0,010 (0,40) 0,018 (0,80) 0,030 (0,80) –
нерастворимый в воде остаток 0,008 (0,40) 0,005 (0,20) 0,009 (0,30) 0,015 (0,30) –
ионы магния (Mg2+) 0,002 (0,10) 0,003 (0,10) 0,002 (0,05) 0,003 (0,05) –
оксид железа (Fe2О3) 0,001 (0,03) 0,000 (0,00) 0,001 (0,02) 0,001 (0,02) –
нитрит натрия (NaNO2) 0,010 (0,50) 0,013 (0,50) 0,009 (0.30) 0,015 (0,30) –
вода 0,015 (0,77) 0,017 (0,70) 0,050 (0,83) 0,051 (0,83) –

Таблица 2
Свойства цементного раствора и цементного камня по предлагаемому и известному тампонажным составам
Тампонажный состав Растекаемость, см Время схватывания, ч-мин Прочность цементного камня через 2 сут, МПа Адгезия цементного камня через 2 сут, МПа ПЭ1,% ПЭ2,%
начало конец на изгиб на сжатие к породе к металлу к цементу
1 23,0 6-00 8-00 4,5 12,5 1,14 1,05 1,11 15 28
2 24,0 5-30 7-30 4,9 13,3 1,20 1,22 1,23 20 33
3 24,0 4-00 6-00 5,4 15,5 1,41 1,56 1,38 20 33
4 25,0 2-00 3-00 5,0 14,4 1,35 1,33 1,26 25 39
5 20,0 8-00 10-00 3,7 9,4 0,98 0,82 0,72 – –
прототип 18,0 1-15 2-30 5,2 15,8 1,00 1,40 0,90 отсутствует
ПЭ1 – пластифицирующий эффект по отношению к цементу без добавки
ПЭ2 – пластифицирующий эффект по отношению к прототипу

Формула изобретения

Тампонажный раствор, включающий цемент, воду и добавку, отличающийся тем, что в качестве указанной добавки он содержит побочный продукт от производства гептила следующего состава, мас.%:

Натрий серно-кислый Na2SO4 95,5-97,0
Нитрат натрия NaNO3 0,5-1,0
Хлористый натрий NaCl 0,6-1,2
Серно-кислый кальций CaSO4 0,4-1,0
Нитрит натрия NaNO2 Не более 0,5
Оксид железа Fe2O3 Не более 0,03
Ионы магния Mg2+ Не более 0,1
Нерастворимый в воде остаток Не более 0,4

при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Цемент 100
Указанный побочный продукт
от производства гептила 2,0-5,0
Вода 40-50

Categories: BD_2302000-2302999