Патент на изобретение №2302444

(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.%:

При следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.:

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.%:

При следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

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.

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.%:

при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: