[1]Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к строительству нефтяных и газовых скважин, и может быть использовано при креплении скважины в зоне продуктивного пласта тампонажным материалом с добавлением пеностекла.
[2]Известен облегченный тампонажный раствор для продуктивной зоны скважины и способ цементирования скважин (патент RU №2255205, МПК Е21В 33/138, опубл. 27.06.2005 г., бюл. №18), в котором указан состав тампонажного раствора для цементирования интервала продуктивного пласта, включающий портландцемент, оксихлорид алюминия, понизитель водоотдачи, пеногаситель, ускоритель схватывания и пластификатор.
[3]Недостатками данного раствора являются малая прочность цементного камня на изгиб и сжатие, низкая адгезия цементного раствора к обсадной трубе и породе.
[4]Наиболее близкой по составу и назначению к предлагаемому тампонажному составу является рецептура тампонажного раствора (Опыт повышения качества крепления скважин в ОАО «Татнефть»/ Р.С. Хисамов [и др.] // Нефтяное хозяйство. - 2012. - №5. С. 45-47, и Опытное применение облегченной тампонажной смеси в ОАО «Татнефть»/ А.Я. Вакула [и др.] // Бурение и нефть. - 2013. - №4. - С. 26-28). В качестве наполнителя в ней использованы стеклянные полнотелые увеличенные в объеме (0,1 - 0,8 мм) гранулы плотностью 1000 кг/м3 с закрытыми порами.
[5]Недостатком данного тампонажного состава для цементирования продуктивного интервала является нестабильность состава из-за высокой гигроскопичности (до 10%), препятствующей равномерному смешению с сухим цементом с образованием комков, что может привести к недостижению заявленной прочности сцепления цементного камня с обсадной колонной.
[6]Техническими задачами настоящего изобретения являются сокращение материальных и финансовых затрат за счет уменьшения расхода используемого и более дешевого инертного абразивного наполнителя, а также расширение технологических возможностей применения тампонажного состава за счет возможности изменения диапазона плотностей при сохранении высоких технологических показателей получаемого раствора и высокой прочности цементного камня из него, а также прочности сцепления цементного камня с обсадной колонной и стенкой скважины.
[7]Поставленные технические задачи решаются описываемым тампонажным составом для крепления продуктивной зоны скважины, включающим тампонажный портландцемент, абразивную добавку.
[8]Новым является то, что состав дополнительно содержит пеногаситель и понизитель водоотдачи, а в качестве абразивной добавки используют пеностекло, имеющее гранулометрический состав 0,35-1,5 мм, водопоглощение по объему - 2-5%, насыпную плотность гранул - 300±50 кг/м3 при следующем соотношении компонентов, мас. % от массы цемента:
[9]| тампонажный портландцемент | 100 |
| пеностекло | 7-13 |
| понизитель водоотдачи | 0,3-0,7 |
| пеногаситель | 0,03-0,07 |
[10]По мнению авторов и заявителя такая совокупность признаков патентуемого состава позволяет сделать вывод о его патентоспособности, поскольку нижние и верхние пределы пеностекла отличаются от прототипа и при этом состав обладает хорошими адгезионными свойствами (см. таблицу), превышающими показатель прототипа в 1,5 раза при меньшем содержании инертного наполнителя - пеностекла (7-13%), тогда как у прототипа - 15%, причем он в три раза дешевле импортного, взятого за прототип. Предварительные исследования по патентным источникам показали, что в пределах 7-13% добавки пеностекла не обнаружено. Основные показатели, такие как прочность на изгиб, сжатие, водоотделение, находятся в пределах, указанных в ГОСТ. Эти показатели также приведены в таблице.
[11]В проведенных в лабораторных условиях экспериментах были использованы:
[12]- тампонажный портландцемент ПЦТ II-50 по ГОСТ 1581-96 производства ОАО «Сухоложскцемент»;
[13]- гранулированное пеностекло - это искусственный неорганический легкий пористый материал минерального происхождения в форме правильных шариков светло-серого цвета, изготавливаемый из тонкомолотой смеси стеклобоя и газообразователя путем вспенивания (производство ООО «П-Д Татнефть-Алабуга-Стекловолокно», г. Елабуга), имеющий следующие характеристики:
[14]- гранулометрический состав - (0,35-1,5) мм;
[15]- насыпная плотность гранул - 300±50 кг/м3;
[16]- прочность на сжатие - не менее 1,1 МПа;
[17]- коэффициент теплопроводности - не более 0,08 Вт/м⋅К;
[18]- водопоглощение по объему - (2-5) %;
[19]- понизитель водоотдачи Mowiol 5-88® - поливиниловые спирты с различной степенью полимеризации и гидролиза, используемые в цементном растворе для снижения показателя фильтрации тампонажного раствора и увеличения адгезии цементного камня (производитель Kuraray Co., Ltd., Япония);
[20]- пеногаситель Пента 465 - 60% - высококонцентрированный продукт. Универсальный пеногаситель рекомендуется к применению в водных средах с высоким содержанием пенообразующих и пеностабилизирующих веществ. Продукт используется в различных отраслях промышленности, в том числе в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслях, при производстве жидких моющих средств и чистящих паст, в текстильной и лакокрасочной промышленности, при производстве агрохимикатов (фирма ООО «ПЕНТА-91»);
[21]- вода по ГОСТ Р 51232-98 - водопроводная.
[22]Также могут быть использованы понизители водоотдачи и пеногасители следующих марок:
[23]- Diacel FL - нейтральный (т.е. не замедляющий схватывание) понизитель водоотдачи цементных растворов, растворимый в воде, плотность - 1,6 г/см3 (фирма Chevron Phillips);
[24]- WellFix FL II - синтетический полимер на основе акриловой кислоты. Предназначен в качестве добавки для снижения водоотдачи цементных растворов при цементировании нефтяных и газовых скважин. «WellFix FL II» является универсальным понизителем водоотдачи тампонажных растворов. Цементные растворы с добавлением «WellFix FL II» имеют хорошие реологические характеристики. При использовании понизителя водоотдачи «WellFix FL II» добавление дисперсантов не требуется (фирма ООО «Химпром»);
[25]- Diacel ATF представляет собой прозрачный жидкий пеногаситель - реагент для цементных растворов, он смешивается с водой в любых соотношениях (фирма Chevron Phillips);
[26]- WellFix Def 1 представляет собой кремнеорганический полимер, нанесенный на твердый носитель. Пеногаситель «WellFix Def 1» предназначен для применения в нефтяной и газовой промышленности в процессах строительства и ремонта скважин в качестве технологической добавки в тампонажные растворы для эффективного устранения объемной и поверхностной пены (фирма ООО «Химпром»);
[27]- Agitan Р 841 - смесь пеногасящих компонентов на кремнии. В некоторых сухих системах проявляется пластифицирующий эффект, что повышает растекание раствора.
[28]Для проведения лабораторных исследований были приготовлены тампонажные растворы с компонентными составами, приведенными в таблице.
[29]Определение основных свойств тампонажного раствора и камня производили при температуре 20±2 С° и атмосферном давлении в соответствии с ГОСТ 26798.1-96 "Цементы тампонажные. Методы испытаний", а также при давлении 25 МПа и температуре 30°С с моделированием скважинных условий.
[30]Тампонажный раствор готовят следующим образом.
[31]Водный раствор готовят путем растворения в отстоянной водопроводной воде необходимого количества химических реагентов в течение 5 мин. Далее в него добавляют заранее приготовленную смесь тампонажного портландцемента с гранулами пеностекла и полученный раствор перемешивают в течение 30 мин при помощи мешалки с верхним приводом со скоростью 500-700 об/мин (с целью предотвращения разрушения гранул пеностекла).
[32]Приготовление и применение тампонажного раствора не требуют дополнительных затрат, а технология цементирования не отличается от общепринятой.
[33]Пример. Для приготовления тампонажного раствора взяли 500 г отстоянной водопроводной воды, добавили 5 г Mowiol 5-88® (Diacel FL, WellFix FL II) и 0,5 г Пента 465 (Diacel ATF, WellFix Def 1) и перемешивали до полного растворения реагентов в воде.
[34]Затем сухую смесь из 1000 г портландцемента и 100 г пеностекла затворяли на приготовленном водном растворе и перемешивали до получения однородного тампонажного раствора (опыт №4, см. таблицу).
[35]Приготовление тампонажного раствора производили согласно ГОСТ 26798.0- 96. Растекаемость тампонажного раствора определяли по ГОСТ 26798.1- 96. Пределы прочности цементного камня определяли по ГОСТ 26798.2- 96. Адгезию цементного камня с колонной определяли в соответствии с методикой, приведенной в работе (B.C. Данюшевский, P.M. Алиев, И.Ф. Толстых. Справочное руководство по тампонажным материалам. - М.: Недра, 1987. - С. 350-353).
[36]Анализ данных показывает, что известный тампонажный раствор (опыты 8, 9, см. таблицу) при водосмесевом отношении 0,495 имеет недостаточную адгезию.
[37]Полученный из смеси тампонажный раствор при водосмесевом отношении 0,55 имеет показатели плотности от 1583 до 1681 кг/м3, при затвердевании цементного камня в условиях низких и нормальных температур в течение 2 сут.
[38]Средняя прочность по результатам 7 опытов (опыты 1-7) составила: на изгиб - 3,91 МПа, на сжатие - 11,13 МПа, что соответствует нормативным показателям. Растекаемость - в пределах ГОСТ (240-250 мм) (опыты 1-7).
[39]Средняя прочность цементного камня на сжатие при затвердевании на ультразвуковом анализаторе цемента через 48 ч, при давлении 25 МПа и температуре 30°С составила от 17,58 МПа.
[40]Адгезия через 24 ч при давлении 25 МПа и температуре 30°С достигает 32 кН, тогда как у прототипа 22 кН, что превышает показатели прототипа в 1,5 раза.
[41]Как видно из результатов лабораторных исследований, предлагаемый состав по сравнению с прототипом при меньшем содержании инертного наполнителя добавки обладает явным преимуществом по показателю адгезии, что позволяет улучшить качество цементирования.
[42]Технико-экономическое преимущество предложения заключается в следующем.
[43]Предлагаемый состав позволяет расширить технологические возможности применения тампонажного состава за счет расширения диапазона плотностей, обеспечить улучшение качества крепления скважин, сохранение сплошности хорошо изолирующего цементного камня в кольцевом пространстве по всему интервалу цементирования за счет оптимальной растекаемости и высокой прочности сцепления цементного камня с обсадной колонной, снижение затрат при строительстве скважин за счет менее жестких условий подготовки ствола скважины, сокращения времени ожидания затвердевания цемента, создание крепи, стойкой к кислотным обработкам призабойной зоны скважины за счет инертного наполнителя - пеностекла, подъем тампонажного раствора при цементировании скважин в одну ступень.
[44]Используемые в составе реагенты доступны для приготовления тампонажного раствора, при этом входящее в состав пеностекло отечественного производства дешевле в 3,1 раза, чем инертный наполнитель по прототипу, который является зарубежным аналогом.
[45]
