RU2504569C2 - Тампонажный материал и способ получения тампонажного раствора на его основе - Google Patents

Тампонажный материал и способ получения тампонажного раствора на его основе Download PDF

Info

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
Application number
RU2012117647/03A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2012117647A (ru
Inventor
Георгий Михайлович Толкачев
Алексей Михайлович Шилов
Александр Сергеевич Козлов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет"
Priority to RU2012117647/03A priority Critical patent/RU2504569C2/ru
Publication of RU2012117647A publication Critical patent/RU2012117647A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2504569C2 publication Critical patent/RU2504569C2/ru

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.
Figure 00000001
Figure 00000002

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%.
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.
RU2012117647/03A 2012-04-27 2012-04-27 Тампонажный материал и способ получения тампонажного раствора на его основе RU2504569C2 (ru)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
Murthy et al. Development of innovative lightweight slurry in oil well-cementing operations
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
RU2468058C1 (ru) Гипсовая тампонажная смесь утяжеленная