Патент на изобретение №2342416

(54) РАСШИРЯЮЩАЯСЯ ДОБАВКА ДЛЯ ТАМПОНАЖНОГО МАТЕРИАЛА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин и может найти применение при их цементировании. Расширяющаяся добавка содержит сланцевую золу и дополнительно водорастворимый реагент, содержащий «Крепь» и карбоксиметилцеллюлозу в соотношении 1,68:1,0, или «Крепь» и трибутилфосфат в соотношении 4,3:1,0, или «Крепь» и нитрилотриметилфосфоновую кислоту в соотношении 11,0:1,0, или пластификатор С-3 и сульфацелл в соотношении (4,3-7,8):1,0, при следующем соотношении компонентов, мас.%: сланцевая зола 83,3-98,4, указанный реагент 1,6-16,7. Технический результат – регулирование расширения тампонажного материала, увеличение показателей его расширения, прочности цементного камня на изгиб и сжатие и времени загустевания цемента. 1 табл.

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин и может найти применение при их цементировании.

Известна добавка для тампонажного материала, содержащая высокоалюминатную золу-унос, содержащую не менее 18 мас.% оксида алюминия (SU 1838582 A3, 1993).

Недостатком известной добавки для тампонажного материала является расширение содержащей ее тампонажной системы до ее доставки в скважину и недостаточная прочность получаемого цементного камня.

Известна расширяющаяся добавка для тампонажного материала, содержащая золу-унос от сжигания каменных или бурых углей и/или от сжигания горючих сланцев или отвальную золу от сжигания тех же видов топлива с содержанием в ней SiO₂ не менее 35 мас.% и Al₂О₃ не менее 17 мас.%, что определяет ее активность, то есть способность взаимодействовать со свободным оксидом кальция, содержащимся в портландцементом клинкере и гипсе (см. RU 2120025 А, 1999).

Недостатком такой добавки для тампонажного материала является также его расширение до доставки в скважину, так как при перемешивании и при повышении температуры в процессе подачи в скважину величина его расширения понижается, повышается контракция и, следовательно, получаемый цементный камень обладает низкими прочностными характеристиками.

Задачей, поставленной перед изобретением, является регулирование с помощью добавки расширения тампонажного материала во времени, уменьшение контракционного эффекта тампонажного раствора.

Поставленная задача решается тем, что расширяющаяся добавка для тампонажного материала, содержащая сланцевую золу, дополнительно содержит водорастворимый реагент, содержащий состав серии «Крепь» и карбоксиметилцеллюлозу в соотношении 1,68:1,0, или состав серии «Крепь» и трибутилфосфат в соотношении 4,3:1,0, или состав серии «Крепь» и нитрилотриметилфосфоновую кислоту в соотношении 11,0:1,0, или пластификатор С-3 и сульфацелл в соотношении 4,3-7,8:1,0, при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

Пластификатор С-3 описан в ТУ 5870-005-58042865-05, а сульфацелл в ТУ 2231-013-32957739-01. Количество компонентов в смеси определяется геолого-техническими характеристиками скважины.

Состав серии «Крепь» на основе средних солей алюминия гидратной формы выбирается и готовится в зависимости от геолого-технических условий скважины по ТУ 2231-233-00147001-2001.

Технический результат регулирования расширения тампонажного материала во времени достигается за счет взаимодействия водорастворимого реагента с оксидом кальция, содержащимся в сланцевой золе и портландцементе с образованием гелеобразных соединений, которые снижают контракционный эффект и удерживают расширение тампонажного материала на одном уровне до тех пор, пока он не будет доставлен в скважину, где образует качественный цементный камень.

Расширяющуюся добавку для тампонажного материала получают смешиванием компонентов.

Пример 1.

Смешивали 8,33 кг (83,3 мас.%) сланцевой золы, полученной при сжигании сланца для изделий из газобетона по стандарту ЕЕ 01003682, ST 2:97 и 1,67 кг (16,7 мас.%) реагента «Крепь». Полученную добавку смешивали со 100 кг цемента марки ПЦТ, полученную сухую смесь затворяли 38 л воды. Полученный тампонажный раствор испытывали по существующим ОСТам и ГОСТам. Результат испытаний см. в табл.1, опыт 2.

Пример 2.

Смешивали 96,8 мас.% сланцевой золы из примера 1, 2,6 мас.% (4,3) пластификатора С-3 и 0,6 мас.% (1) сульфацелла. Полученную добавку смешивали со 100 кг цемента марки ПЦТ, затворяли смесь 40 л воды. Результаты испытаний полученного тампонажного раствора и цемента см. в табл.1, опыт 3.

Пример 3.

Смешивали 98,4 мас.% сланцевой золы из примера 1, 1,3 мас.% (4,3) реагента «Крепь» и 0,3 мас.% (1) трибутилфосфата (ТБФ). Полученную добавку смешивали со 100 кг цемента марки ПЦТ, затворяли смесь 40 л воды. Результаты испытаний полученного тампонажного раствора и цемента см. в табл.1, опыт 4.

Пример 4.

Смешивали 97,6 мас.% сланцевой золы из примера 1, 2,2 мас.% (11) реагента «Крепь» и 0,2 мас.% (1) нитрилотриметилфосфоновой кислоты (НТФ). Полученную добавку смешивали со 100 кг цемента марки ПЦТ, затворяли смесь 40 л воды. Результаты испытаний см. табл.1, опыт 5.

Пример 5.

Смешивали 94,9 мас.% сланцевой золы из примера 1, 3,2 мас.% (1,68) реагента «Крепь» и 1,9 мас.% (1) карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ). Полученную добавку смешивали со 100 кг цемента марки ПЦТ, затворяли смесь 40 л воды. Результаты испытаний см. табл.1, опыт 6.

Пример 6.

Смешивали 96,7 мас.% сланцевой золы из примера 1, 3,3 мас.% реагента «Крепь». Полученную добавку смешивали со 100 кг цемента марки ПЦТ, затворяли 40 л воды. Результаты испытания полученного тампонажного раствора и цемента см. в табл.1, опыт 7.

Пример 7.

Смешивали 94,7 мас.% сланцевой золы из примера 1, 4,7 мас.% (7,8) пластификатора С-3 и 0,6 мас.% (1) сульфацелла. Полученную добавку смешивали со 100 кг цемента марки ПЦТ, затворяли 40 л воды. Результаты испытаний полученного тампонажного раствора и цемента см. в табл.1, опыт 8.

Из таблицы видно, что при сравнении тампонажного материала, содержащего расширяющуюся добавку заявляемого состава (опыты 2-8) с известным (опыт 1), наблюдается заметное увеличение показаний расширения тампонажного раствора, прочности цементного камня на изгиб и сжатие и увеличение времени загустевания цемента.

Таблица 1
Результаты испытаний цементов и растворов, содержащих расширяющуюся добавку заявляемого состава. Температура применения 22-100°С по статике, 22-75°С по динамике
№ п/п	Состав тампонажного материала, кг	В/Т	Д, см	, г/см3	Водоотделение, %	Сроки схватывания, ч-мин		Время загустевания, мин	Прочность			Адгезия, МПа	Расширение, %
						начало	конец		тзг, МПа	сж, МПа	условия твердения
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
1.	ПЦТ – 66	0,38	20,5	1,96	1,0	6-30	7-40	500	4,8	14,9	22°С	3,0	0,4
	Гипс – 4										48 ч
	Зола – 30
2.	ПЦТ – 100	0,38	19,5	1,96	0	6-00	7-00	200	6,8	21,2	22°С	4,2	0,8
	Зола – 8,33										48 ч
	Крепь- 1,67
3.	ПЦТ – 100	0,4	29	1,954	0	4-50	5-50	100	6,7	18,4	75°С	4,6	1,5
	Зола – 9,68							Т=75°С			24 ч
	СЗ – 0,26							Р=30 МПа
	Сульфац. – 0,06
4.	ПЦТ – 100	0,4	27	1,95	0	6-40	7-30	141	8,0	25,9	65°С	3,6	2,5
	Зола – 9,84					Т=65°С					24 ч
	Крепь – 0,13					5-25	6-00	120	9,3	29,0	75°С	3,2	1,5
	ТБФ – 0,03					Т=75°С					24 ч
5.	ПЦТ – 100	0,4	29	1,954	0	5-20	6-10	87	6,5	17,8	75°С	3,5	2,0
	Зола – 9,76							Т=75°С			24 ч
	Крепь – 0,22							Р=30 МПа
	НТФ – 0,02
6.	ПЦТ – 100	0,4	26,5	1,95	0	6-35	7-05	130	5,05	18,7	75°С	3,18	1,6
	Зола – 9,49							Т=75°С			24 ч
	Крепь – 0,32							Р=30 МПа
	КМЦ – 0,19
7.	ПЦТ – 100	0,4	23,5	1,958	0	5-00	5-35	178	5,9	19,7	Т=22°С	4,0	0,6
	Зола – 9,67							Т=22°С			48 ч
	Крепь – 033							Р=15 МПа
8.	ПЦТ – 100	0,4	25	1,945	0	6-40	7-20	171	9,5	32,6	Т=75°С	3,2	1,5
	Зола – 9,47							Т=75°С			24 ч
	С-3 – 0,47							Р=30 МПа
	Сульф – 0,06

Формула изобретения

Расширяющаяся добавка для тампонажного материала, содержащая сланцевую золу, отличающаяся тем, что дополнительно содержит водорастворимый реагент, содержащий «Крепь» и карбоксиметилцеллюлозу в соотношении 1,68:1,0, или «Крепь» и трибутилфосфат в соотношении 4,3:1,0, или «Крепь» и нитрилотриметилфосфоновую кислоту в соотношении 11,0:1,0, или пластификатор С-3 и сульфацелл в соотношении (4,3-7,8):1,0 при следующем соотношении компонентов, мас.%: