RU2504569C2 - Тампонажный материал и способ получения тампонажного раствора на его основе - Google Patents
Тампонажный материал и способ получения тампонажного раствора на его основе Download PDFInfo
- Publication number
- RU2504569C2 RU2504569C2 RU2012117647/03A RU2012117647A RU2504569C2 RU 2504569 C2 RU2504569 C2 RU 2504569C2 RU 2012117647/03 A RU2012117647/03 A RU 2012117647/03A RU 2012117647 A RU2012117647 A RU 2012117647A RU 2504569 C2 RU2504569 C2 RU 2504569C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- grouting
- portland cement
- expanding
- additive
- Prior art date
Links
Landscapes
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Abstract
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к тампонажным материалам на основе портландцемента, и может быть использовано при цементировании обсадных колонн в скважинах различного назначения. Технический результат - повышение качества крепления скважин в межколонном пространстве и в интервалах залегания плотных, непроницаемых горных пород в условиях низких и нормальных температур при отсутствии доступа воды к твердеющему цементному камню. Тампонажный материал включает портландцемент тампонажный и расширяющую добавку в количестве 17,6-28,0% от массы порошка портландцемента. Расширяющая добавка содержит, масс.ч.: порошок магнезитовый каустический 33-50, высокоглиноземистый шлак 29-39, гипс двуводный 21-28. Размер частиц добавки характеризуется остатком на сите 0,08 мм в количестве 10-12%. В способе получения тампонажного раствора на основе указанного тампонажного материала, включающем раздельное приготовление тампонажного раствора из портландцемента и воды и водного раствора указанной расширяющей добавки с последующим их смешиванием, при приготовлении базового тампонажного раствора в воду предварительно вводят хлорид натрия в количестве 4% от массы портландцемента, а время перемешивания водного раствора расширяющей добавки составляет не менее 25 минут и не более 2/3 времени его загустевания. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.
Description
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к расширяющимся тампонажным материалам на основе портландцемента с высокими изоляционными характеристиками при отсутствии свободного доступа к ним воды в процессе их затвердевания в условиях низких и нормальных температур и может быть использовано при цементировании обсадных колонн в скважинах различного назначения.
Известен тампонажный материал на основе портландцемента тампонажного (ПЦТ), в котором в качестве расширяющей добавки используют порошок магнезитовый каустический марки ПМК-75 по ГОСТ 1216-87 в количестве от 10 до 25% к его массе. Тампонажный материал готовят затворением сухой смеси тампонажного портландцемента и расширяющей добавки водой [Данюшевский B.C., Алиев P.M., Толстых И.Ф. Справочное руководство по тампонажным материалам. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1987. - с.373, стр.161].
Раствор этого тампонажного материала характеризуется повышенными значениями водоотделения, имеет удлиненные сроки схватывания, а формирующийся цементный камень невысокую прочность и не имеет достаточного расширения и самонапряжения в условиях отсутствия свободного доступа к нему вод, что не позволяет обеспечить высокое качество цементирования обсадных колонн в скважинах.
Наиболее близким к предлагаемому тампонажному материалу является тампонажный материал на основе портландцемента тампонажного (ПЦТ), в котором в качестве расширяющей добавки используют гипсо-глиноземистый расширяющийся цемент (ГТРЦ), являющийся продуктом совместного помола высокоглиноземистого шлака (ВГШ) и двуводного гипса в соотношении 3:1.
Способ приготовления этого тампонажного материала включает приготовление сухой смеси ПЦТ и ГГРЦ в соотношении 75-85 и 25-15 мас.% соответственно с последующим затворением ее водой [Данюшевский B.C., Алиев P.M., Толстых И.Ф. Справочное руководство по тампонажным материалам. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1987. - с.373; стр.157].
Этот тампонажный материал при закачке его в скважину обеспечивает достаточное самонапряжение и расширение цементного камня только при наличии свободного доступа воды к нему в процессе затвердевания. В условиях отсутствия свободного доступа к нему вод, формирующийся цементный камень не имеет достаточного расширения и самонапряжения, что не позволяет обеспечить высокое качество цементирования обсадных колонн в скважинах, сформировать плотный герметичный контакт с трубами обсадной колонны и горными породами стенок скважины и гарантированным обеспечением высокого качества крепи скважины. Кроме того, этот тампонажный материал, характеризуется высоким темпом роста консистенции с момента его затворения, что, в ряде случаев, делает невозможным размещение тампонажного материала за обсадной колонной в технологически необходимые сроки.
Признаки известного тампонажного материала, являющиеся общими с предлагаемым тампонажным материалом, - тампонажный материал, включающий портландцемент тампонажный и расширяющую добавку - продукт совместного помола ВГШ и двуводного гипса.
Наиболее близким к предлагаемому способу приготовления тампонажного материала является способ приготовления тампонажного материала, в котором в качестве расширяющей добавки используют глину в виде предварительно приготовленной суспензии (раствора) с последующим смешиванием ее с раствором тампонажного портландцемента [Булатов А.И., Данюшевский B.C. Тампонажные материалы: Учебное пособие для вузов. - М: Недра, 1987, с.280; стр.169].
Однако тампонажный материал, полученный указанным известным способом, характеризуется отсутствием объемного расширения цементного камня, удлиненными сроками схватывания, пониженной механической прочностью и не обеспечивает формирование напряженного контакта с ограничивающими поверхностями, как в условиях свободного доступа воды, так и при его отсутствии.
Признаки известного способа приготовления тампонажного материала, являющиеся общими с предлагаемым способом, - способ получения тампонажного раствора, включающий раздельное приготовление базового тампонажного раствора с использованием портландцемента и воды и водного раствора расширяющей добавки с последующим их смешиванием.
Недостатки известного тампонажного материала и способа его приготовления препятствуют получению высокого качества крепления скважин в условиях отсутствия свободного доступа к нему вод в интервалах плотных, непроницаемых пород и в межколонном пространстве. Следствием некачественного крепления скважин является нарушение технологических схем разработки нефтяной залежи, а также наличие серьезных экологических проблем при разработке нефтегазовых месторождений.
Задачей изобретения является разработка тампонажного материала на основе портландцемента тампонажного и способа получения тампонажного раствора, обеспечивающих высокое качество крепления скважин в межколонном пространстве и в интервалах залегания плотных, непроницаемых горных пород в условиях низких и нормальных температур при отсутствии доступа воды к твердеющему цементному камню.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в получении расширяющегося тампонажного материала, раствор которого характеризуется пониженными значениями консистенции и приемлемым водоотделением, а формирующийся в условиях отсутствия свободного доступа воды цементный камень характеризуется повышенной прочностью, является расширяющимся и самонапрягающимся.
Задача изобретения была решена за счет того, что известный тампонажный материал, включающий портландцемент тампонажный и расширяющую добавку - продукт совместного помола ВГШ и двуводного гипса, содержит 17,6-25,0% расширяющей добавки от массы порошка портландцемента тампонажного, а расширяющая добавка дополнительно содержит магнезитовый каустический порошок, при следующем соотношении компонентов, масс.ч.:
Порошок магнезитовый каустический | - 33-50 |
Высокоглиноземистый шлак | - 29-39 |
Гипс двуводный… | - 21-28, |
причем размер частиц добавки характеризуется остатком на сите 0,08 мм в количестве 10-12%.
Также задача была решена за счет того, что в известном способе получения тампонажного раствора на основе предлагаемого тампонажного материала, включающем раздельное приготовление базового тампонажного раствора с использованием портландцемента и воды и водного раствора расширяющей добавки с последующим их смешиванием, при приготовлении базового тампонажного раствора в воду предварительно вводят хлорид натрия в количестве 4% от массы портландцемента, а для приготовления водного раствора расширяющей добавки используют продукт совместного помола магнезитового каустического порошка, высокоглиноземистого шлака и двуводного гипса с размером частиц, характеризуемых остатком на сите 0,08 мм в количестве 10-12%, а время перемешивания водного раствора расширяющей добавки составляет не менее 25 минут и не более 2/3 времени его загустевания.
Признаки заявляемого тампонажного материала, являющиеся отличительными от прототипа: тампонажный материал содержит 17,6-25,0% расширяющей добавки от массы порошка портландцемента тампонажного, а расширяющая добавка дополнительно содержит магнезитовый каустический порошок, при следующем соотношении компонентов, масс.ч.:
Порошок магнезитовый каустический | - 33-50 |
Высокоглиноземистый шлак | - 29-39 |
Гипс двуводный… | - 21-28, |
причем размер частиц добавки характеризуется остатком на сите 0,08 мм в количестве 10-12%.
Признаки заявляемого способа получения тампонажного раствора, являющиеся отличительными от способа по прототипу, - при приготовлении базового тампонажного раствора в воду предварительно вводят хлорид натрия в количестве 4% от массы портландцемента, а для приготовления водного раствора расширяющей добавки используют продукт совместного помола магнезитового каустического порошка, высокоглиноземистого шлака и двуводного гипса с размером частиц, характеризуемых остатком на сите 0,08 мм в количестве 10-12%, а время перемешивания водного раствора расширяющей добавки составляет не менее 25 минут и не более 2/3 времени его загустевания.
Для приготовления расширяющей добавки используют следующие сухие вещества:
- порошок магнезитовый каустический по СТО 72664728-003-2008 (ранее ГОСТ 1216-87);
- высокоглиноземистый шлак по ТУ 14-11-137-76;
- камень гипсовый по ГОСТ 4013-82.
Указанные компоненты подвергают совместному измельчению до тонкости помола, характеризуемой остатком на сите 0,08 мм в количестве 10-12%.
Для приготовления тампонажного раствора готовят водный раствор (суспензию) подготовленной смеси расширяющей добавки путем затворения ее водой при непрерывном перемешивании. В процессе приготовления водного раствора расширяющей добавки в результате химического взаимодействия порошка магнезитового каустического и гипсоглиноземистой составляющей, на поверхности частиц последней происходит формирование труднорастворимых комплексов, что приводит к резкому замедлению скорости образования гидросульфоалюминатов в приготовляемом растворе расширяющегося тампонажного материала. Это препятствует загущению тампонажного раствора в начальный период его структурообразования, а также обеспечивает в период твердения расширение формирующегося цементного камня и уплотнение контакта его с ограничивающими поверхностями без подпитки водой извне.
Отдельно готовят базовый тампонажный раствор на основе портландцемента путем затворения его сухой составляющей (порошка ПЦТ) водой, в которую предварительно вводят хлорид натрия.
Далее полученный базовый тампонажный раствор смешивают и расширяющей добавкой. Полученный таким образом тампонажный раствор характеризуется приемлемыми значениями водоотделения и низкими значениями консистенции в течение времени проведения процесса цементирования. После размещения приготовленного тампонажного раствора в скважине происходит его ускоренное схватывание и твердение с образованием высокопрочного расширяющегося цементного камня, формирующего напряженный контакт с ограничивающими поверхностями в условиях отсутствия подпитки его водой извне.
Способ получения тампонажного раствора в промысловых условиях осуществляется следующим образом:
- в смесительно-осреднительной емкости, оборудованной перемешивающим устройством, готовится водный раствор предлагаемой расширяющей добавки путем затворения ее водой при непрерывном перемешивании полученной суспензии;
- с использованием цементно-смесительного агрегата и осреднительной емкости готовится и осредняется базовый тампонажный раствор на основе портландцемента путем затворения его сухой составляющей (порошка ПЦТ) водой с добавкой хлорида натрия;
- после приготовления базового раствора и дополнительного перемешивания раствора расширяющей добавки производится их смешивание, осреднение и закачка полученного раствора конечного состава в скважину.
Время перемешивания заготовленного водного раствора расширяющей добавки определяется, с одной стороны, общим временем приготовления базового раствора, составляющего не менее 25 минут, с другой стороны - временем безопасного проведения работ с его использованием, составляющего 2/3 от времени начала загустевания.
Примеры конкретного выполнения.
В таблице 1 приведен состав тампонажного раствора, приготовленного способом по прототипу; в таблице 2 - приведены составы тампонажных растворов, приготовленные предлагаемым способом.
У приготовленных тампонажных растворов определялись водоотделение и значения консистенции через 5 и 60 минут, соответствующих начальному этапу и окончанию процесса цементирования обсадной колонны в скважине.
Далее определялись значения показателей свойств цементного камня, твердевшего в течение двух суток при температуре 20-22°C, характеризующих его пригодность для формирования в стволе скважины герметичной крепи в условиях, исключающих свободный доступ воды к цементному камню в процессе его затвердевания:
- предел прочности при изгибе;
- прочность сцепления с внешней огибающей металлической поверхностью;
- объемное расширение от начала схватывания.
Определение значений показателей свойств тампонажных материалов осуществлялось в соответствии с требованиями отраслевого стандарта ОСТ 39-051-77 «Раствор тампонажный. Методы испытаний. М., 1978» и методикой проведения исследований [Данюшевский B.C., Алиев P.M., Толстых И.Ф. Справочное руководство по тампонажным материалам. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1987. - с.259-262].
Из данных таблицы 1 видно, что раствор тампонажного материала по прототипу через 60 минут перемешивания имеет высокие, близкие к предельным значения консистенции. Формирующийся в условиях отсутствия доступа воды к нему цементный камень, содержащий указанные добавки, не является расширяющимся и характеризуется невысокими значениями прочности на изгиб и сцепления с внешней огибающей металлической поверхностью.
Из таблицы 2 (составы 2-4) видно, что предлагаемый тампонажный материал обеспечивает получение пониженных значений консистенции и приемлемых значений водоотделения тампонажного раствора, а формирующийся цементный камень имеет повышенные значения увеличения объема и прочности при изгибе и сцепления его с внешней огибающей поверхностью в условиях отсутствия свободного доступа к нему воды в сравнении с известным способом ее применения.
Содержание в тампонажном материале менее 17,6% расширяющей добавки при низком содержании в ней порошка магнезитового каустического не обеспечивает получение тампонажного материала с удовлетворительными значениями консистенции (состав 1).
Содержание в тампонажном материале более 25% расширяющей добавки при высоком содержании в ней порошка магнезитового каустического приводит к резкому росту сроков схватывания и водоотделения тампонажного раствора, а также к снижению прочностных характеристик формирующегося цементного камня (состав 5).
Преимуществом предлагаемого тампонажного материала является то, что приготовленный на его основе тампонажный раствор имеет низкие значения консистенции и приемлемые значения водоотделения, а формирующийся расширяющийся цементный камень высокой прочности обеспечивает напряженный контакт с огибающими поверхностями в условиях отсутствия доступа к нему воды. Этим достигается существенное улучшение качества цементирования межколонного пространства и интервалов непроницаемых пород, являющихся естественными водоупорами, что позволит:
- свести к минимуму вероятность возникновения межколонных проявлений и перетоков флюидов в затрубном пространстве скважин;
- повысить надежность и долговечность работы скважины;
- снизить экологические риски, обусловленные межпластовыми проявлениями;
- осуществлять оценку состояния во времени крепи скважины за внешней (второй) обсадной колонной геофизическими методами.
Claims (2)
1. Тампонажный материал, включающий портландцемент тампонажный и расширяющую добавку - продукт совместного помола высокоглиноземистого шлака и двуводного гипса, отличающийся тем, что он содержит 17,6-28,0% расширяющей добавки от массы порошка портландцемента тампонажного, а расширяющая добавка дополнительно содержит порошок магнезитовый каустический, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Порошок магнезитовый каустический 33-50
Высокоглиноземистый шлак 29-39
Гипс двуводный 21-28,
причем размер частиц добавки характеризуется остатком на сите 0,08 мм в количестве 10-12%.
причем размер частиц добавки характеризуется остатком на сите 0,08 мм в количестве 10-12%.
2. Способ получения тампонажного раствора на основе тампонажного материала по п.1, включающий раздельное приготовление базового тампонажного раствора портландцемента и воды и водного раствора расширяющей добавки, с последующим их смешиванием, отличающийся тем, что при приготовлении базового тампонажного раствора в воду предварительно вводят хлорид натрия в количестве 4% от массы портландцемента, а для приготовления водного раствора расширяющейся добавки используют продукт совместного помола порошка магнезитового каустического, высокоглиноземистого шлака и двуводного гипса с размером частиц, характеризуемых остатком на сите 0,08 мм в количестве 10-12%, а время перемешивания водного раствора расширяющей добавки составляет не менее 25 мин и не более 2/3 времени его загустевания.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012117647/03A RU2504569C2 (ru) | 2012-04-27 | 2012-04-27 | Тампонажный материал и способ получения тампонажного раствора на его основе |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012117647/03A RU2504569C2 (ru) | 2012-04-27 | 2012-04-27 | Тампонажный материал и способ получения тампонажного раствора на его основе |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012117647A RU2012117647A (ru) | 2013-11-10 |
RU2504569C2 true RU2504569C2 (ru) | 2014-01-20 |
Family
ID=49516570
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012117647/03A RU2504569C2 (ru) | 2012-04-27 | 2012-04-27 | Тампонажный материал и способ получения тампонажного раствора на его основе |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2504569C2 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2320246A (en) * | 1996-12-10 | 1998-06-17 | Nalco Exxon Energy Chem Lp | Expanding additive for cement composition |
RU2222688C2 (ru) * | 2001-12-27 | 2004-01-27 | Открытое акционерное общество "Сильвинит" | Расширяющийся тампонажный раствор (варианты) |
DE4447859B4 (de) * | 1994-10-04 | 2007-02-22 | Maschinenfabrik Wifag | Rollenrotationsdruckmaschine |
RU2332370C1 (ru) * | 2007-01-25 | 2008-08-27 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Расширяющая минеральная добавка к цементу |
RU2441897C1 (ru) * | 2010-12-24 | 2012-02-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Пермская сервисная компания "Буртехнологии" | Тампонажный раствор |
-
2012
- 2012-04-27 RU RU2012117647/03A patent/RU2504569C2/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4447859B4 (de) * | 1994-10-04 | 2007-02-22 | Maschinenfabrik Wifag | Rollenrotationsdruckmaschine |
GB2320246A (en) * | 1996-12-10 | 1998-06-17 | Nalco Exxon Energy Chem Lp | Expanding additive for cement composition |
US5942031A (en) * | 1996-12-10 | 1999-08-24 | Nalco/Exxon Energy Chemicals, L.P. | Expanding additive for cement composition |
RU2222688C2 (ru) * | 2001-12-27 | 2004-01-27 | Открытое акционерное общество "Сильвинит" | Расширяющийся тампонажный раствор (варианты) |
RU2332370C1 (ru) * | 2007-01-25 | 2008-08-27 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Расширяющая минеральная добавка к цементу |
RU2441897C1 (ru) * | 2010-12-24 | 2012-02-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Пермская сервисная компания "Буртехнологии" | Тампонажный раствор |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ДАНЮШЕВСКИЙ B.C. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам. - М.: Недра, 1987, с.157,161. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012117647A (ru) | 2013-11-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105980515B (zh) | 钝化水泥速凝剂 | |
JP5378588B2 (ja) | 凝固遅延剤を含む坑井ボア保全用組成物、その製造方法及びその使用方法 | |
US7431086B2 (en) | Methods of servicing a wellbore with compositions comprising quaternary material and sorel cements | |
US7654326B1 (en) | Sorel cements and methods of making and using same | |
RU2656266C2 (ru) | Способ обработки подземного пласта суспензией цементного раствора с возможностью образования проницаемого отвердевшего цементного раствора | |
US7763572B2 (en) | Compositions comprising quaternary material and sorel cements | |
US7530394B2 (en) | Cement compositions for low temperature applications | |
US11242479B2 (en) | Geopolymer cement for use in subterranean operations | |
RU2597906C1 (ru) | Отверждаемые композиции, содержащие волластонит и пемзу, и способы применения | |
CN109265093A (zh) | 固井用超低密度水泥浆体系 | |
CA2832602C (en) | Use of methylhydroxyethyl cellulose as cement additive | |
AU2013323976B2 (en) | Cement compositions for cementing in confined locales and methods for use thereof | |
CA2934619C (en) | Magnesium metal ore waste in well cementing | |
RU2468187C1 (ru) | Основа отверждаемого тампонажного раствора | |
US11597863B2 (en) | Methods of cementing a wellbore | |
US7854262B2 (en) | Sorel cement compositions, amine phosphono retarders, and associated methods | |
RU2504569C2 (ru) | Тампонажный материал и способ получения тампонажного раствора на его основе | |
RU2733554C1 (ru) | Модификаторы вязкости и способы их применения | |
US2909223A (en) | Gypsum cements | |
RU2601878C1 (ru) | Тампонажный раствор | |
US11028311B2 (en) | Methods of cementing a wellbore | |
RU2524774C1 (ru) | Гипсомагнезиальный тампонажный раствор | |
UA21335U (en) | Backfill solution for cementation of oil-and-gas wells under complicated mining-geological conditions | |
RU2750414C1 (ru) | Способ ремонтно-изоляционных работ в скважине (варианты) | |
RU2468058C1 (ru) | Гипсовая тампонажная смесь утяжеленная |