Тампонажний розчин для цементування високотемпературних нафтових і газових свердловин

Тампонажний розчин для цементування високотемпературних нафтових і газових свердловин в діапазоні температур 75-160 °С, що містить в’яжуче, добавку і воду, який відрізняється тим, що він містить як добавку цукор в комплексі з декстрином, в’яжуче з групи тампонажний портландцемент, суміш тампонажного портландцементу та золи-виносу у співвідношенні 1:1, шлакопіщаний тампонажний цемент при такому співвідношенні компонентів, мас.ч. : в’яжуче 100 цукор 0,05-0,15 декстрин 0,05-0,3 вода 50-55 Винахід відноситься до галузі будівництва, а саме здійснення процесу тампонажу обсадних колон високотемпературних нафтових і газових свердловин. Значний вплив геотермічних умов розрізу пласта свердловин на властивості тампонажного розчину обумовило застосування хімічних добавок, що дозволило підняти термостійкість тампонажного розчину і міцність цементного каменя. Відомий тампонажний розчин для цементування високотемпературних нафтових і газових свердловин, що вміщує тампонажний цемент, воду, глюконову і цукрову кислоти, глюконат натрію і сахарат натрію /див. а.с. СРСР 983234 кл. Е 21 В 33/138/. До недоліків цього розчину слід віднести багатокомпонентність і складну технологію приготування. Найбільш близьким технічним рішенням до заявленого об'єкту є тампонажний розчин для цементування високотемпературних нафтових і газових свердловин, що складається з цементу, води, а в якості сповільнювача термінів охоплення вміщує зелену патоку і перманганат калію /див. а.с. 1027367 СРСР, Е 21 В 33/138/. Недоліком відомого розчину є те, що до його складу входить дефіцитний, дорогоцінний компонент - перманганат калію, який при високих температурах і тиску розкладається, що впливає на міцність тампонажного каменю в процесі твердіння, виключаючи ранні терміни твердіння. Зелена патока, що має рідку консистенцію, замерзає в зимовий період, що може змінити її властивості, як сповільнювача термінів охоплення. Всі недоліки, що тут вказані, значно обмежують практичне застосування цих компонентів на свердловинах. Завданням дійсного винаходу є підвищеная термостійкості тампонажного розчину і підвищення міцності тампонажного каменю в діапазоні температур 75-160°С і тиску; 40-70МПа. Для вирішення поставленого завдання тампонажний розчин, що містить в’яжуче, добавку і воду, містить як добавку цукор в комплексі з декстринам, мас.ч.: В’яжуче 100 Цукор 0,05-0,15 Декстрин 0,05-0,3 Вода 50-55 а як в'яжуче містить залежно від температури (19) UA (11) 28536 (13) C2 (21) 97062887 (22) 18.06.1997 (24) 16.09.2002 (46) 16.09.2002, Бюл. № 9, 2002 р. (72) Филь Володимир Григорович, Матушек Ростислав Романович, Костенко Дмитро Олексійович, Єзлова Лариса Олександрівна, Дунець Ігор Ількович, Домбровська Світлана Павлівна, Мельник Микола Миколайович (73) Філія дочірньої компанії "Укргазвидобування" Національної акціонерної компанії "Нафтогаз України" Український науково-дослідний інститут природних газів "УкрНДІгаз" (56) UA 14683, А, 25.04.1997 SU 983254, А, 23.12.1982 SU 1027367, А, 07.07.1983 3 застосування - при 75-100°С - портландцемент тампонажний типу ПЦТ 1-100 ДСГУБВ2.7-88-99; - при 75-120°С- сумшпортлащщементу тампонажного типу ПЦТ 1-100 ДСГУ Б В.2.7-88-99 і золи виносу . в співвідношенні 1:1 (мас.ч.) - при 75-160°С - шлакопіщаний тампонажний цемент типу ШПЦС-120 ТУ У 320.00136751.008-96. Використана в запропонованому винаході комплексна добавка цукру з декстрином забезпечує високу ступінь сповільнення схоплений тампонажного розчину за рахунок наявності гідроксильних груп цукру і декстрину в поєднанні з кетонною групою цукру, утворюючи при цьому з активними центрами цементних частинок міцні циклічні з'єднання. Цукop в поєднанні з декстрином, сполучаючись з іонами кристалічної сітки, зберігаючи вільні функціональні групи викриває високу гідрофільність, а утворені навколо цементних частинок гідратні оболонки заважають зрощенню кристаликів між собою і зменшують тертя між ними. Цей механізм зв'язків пояснює сповільнюючий ефект комплексної добавки, що підвищує термостійкість тампонажного розчину при високих температурах. Технологія введення комплексної добавки в тампонажний розчин наступна: розрахована кількість цукру і декстрину розчинюється у воді , на якій готується тампонажний розчин. Дані досліджень приведені в таблицях 1 і 2. В таблицях приведеш фізико-механічні властивості запропонованого розчину густина, розтічність, прокачуваність при високих температурах і тисках; а також фізико-механічні параметри цементного каменю на згин добового твердіння, 7-ми добового і 28-ми добового твердіння. Зразки для випробувань тампонажного розчину ві-пютовлялись згідно ГОСТу 26798.0-85, ГОСТу 26798.2-85 “Цементи тампонажні. Методи випробувань". Заявляємий об'єкт супроводжується прикладами здійснення. Приклад 1. Беруть компоненти в наступних кількостях г Портландцемент 100 Цукор 0,05 Декстрин 0,05 Вода 50 Суміш цукру і декстрину розчинюється у воді, розчином, що отримали захворюємо в'яжуче на основі портландцементу. При цьому густина тампонажного розчину - 1840кг/м3 при розтічності 240мм. Прокачуваність тампонажного розчину на КЦ-3 при температурі 75-90°С і тиску 40-50МПа складає 2-00-2-40 годин. Міцність на згин тампонажного каменю при твердінні 75°С і 40МПа через 2 доби рівна 8,1МПа, через 7 діб міцність складає 8,3МПа, через 28 діб складає 8,5 МПа. Приклад 2. Беруть компоненти в такій кількості, г: Портландцемент 100,0 Цукор 0,05 декстрин 0,1 Вода 60.0. Технологія приготування розчину аналогічна прикладу 1. Густина тампонажного розчину 28536 4 1840кг/м3 при розтічності 240мм. Прокачуваність тампонажного розчину на КЦ-3 при температурі 75-90°С і тиску, 40-50МПа дорівнює 2-10-3-00 годин, а міцність тампонажного каменю твердіючого при температурі 75°С і тиску 40МПа через 2 доби рівна 8,1МПа, через 7 діб складає 8,3МПа, а через 28 діб - 8.5МПа. Приклад 3. Беруть компоненти в таких кількостях, г: Портланцемент 100,0 Цукор 0,1 декстрин 0,3 Вода 50,0 Технологія приготування розчину аналогічна попереднім прикладам. Густина полученого розчину складає 1840кг/м3 при розтічності 240мм. Прокачуваяість на КЦ-3 складає 3-30-4-40 годин при температурі 75-90°С і тиску 40-50МПа. Міцність каменю 2-х добового твердіння при температурі 75°С і тиску 40МПа складає 7,8МПа, через 7 діб підвищилась до 8,2МПа, а через 28 діб - до 8,4МПа. Приклад 4. Беруть компоненти в таких кількостях, г: Портландцемент 50,0 Зола-унос Краківської TЕC 50,0 Цукор 0,05 декстрин 0,1 Вода 50,0 Технологія приготування розчину аналогічна попереднім прикладам. Густина тампонажного розчину складає 1670кг/м3, при роз-тічності 240мм. Проначуваність тампонажного розчину на КЦ-3 при температурі 75-90°С і при тиску 40-50МПа складає 3-45-3-30 годин, а при температурі 120С і тиску 60 МПа 2-20 годдн.Міцг ність каменю 2-х добового твердіння при температурі 75°С, тиском 40МПа рівна 9,0МПа, через 7 діб складає 9,6МПа, а через 28 діб - 10,3МПа. Приклад 5. Беремо компоненти в такій кількості, г: Портландцемент 50,0 Зола 50,0 Цукор 0,1 декстрин 0,1 Вода 55,0 Технологія приготування розчину аналогічна попереднім прикладам. Густина тампонажного розчину - 1620кг/м3, розтічність - 240мм. Прокачуваність на КЦ-3 при температурі 75-90°С і тиску 40-50МПа рівна 3-00-4-00 годин, а при температурі 120°С і тиску 60МПа складає 2-40 годин. Міцність тампонажного каменю після 2-х добового твердіння при температурі 75°С і тиску 40МПа складає 12,4МПа, через 7 діб підвищилась до 12,6МПа, через 28 діб - 13,0 \МПа. Приклад 6. Беруть компоненти в таких кількостях, г: Портландцемент 50,0 Зола 50,0 Цукор 0,1 декстрин 0,25 Вода 55,0 Технологія приготування розчину аналогічна попереднім прикладам. Густина тампонажного 5 28536 розчину - 1620кг/м3, розтічність - 240мм. Прокачуваність на КЦ-3 при температурі 75-90°С і тиску 40-50МПа складає 3-30-5-00 годин, при температурі 120°С і тиску 60МПа - 3-00 години. Міцність тампонажного каменю після 2-х добового твердіння при температурі 75°С і тиску 40МПа-11,8МПа, через 7 діб складає 12,0МПа, а через 28 діб 12,3МПа. Приклад 7. Беруть компоненти в такій кількості, г: Шлакопортландцемент 100,0 Цукор 0,1 декстрин 0,1 Вода 50,0 Технологія приготування розчину аналогічна попереднім прикладам. Густина тампонажного розчину - 1760кг/м3, резтічність - 220мм. Прокачуваність на КЦ-3 при тежиературі 76-90°С і тиску 40-50МПа складає 3-20-4-00 годин, при температурі 120°С і тиску 60МПа складає 2-50 годин, при температурі 160°С і тиску 70МПа складає 2-00 годин. Міцність каменю 2-х добового твердіння при температурі 75°С і тиску 70МПа склала 9,0МПа, через 7 діб збільшилась до 9,8МПа, а через 28 діб - до 10,0МПа. Приклад 8. Беруть компоненти в такій кількості, г: Шлакопортландцемент 100,0 Цукор 0,15 декстрин 0,2 Вода 50,0 Технологія приготування розчину аналогічна попереднім прикладам. Густина тампонажного розчину - 1760кг/м3, розтічність - 230мм. Прокачуваність на КЦ-3 при температурі 120°С і тиску 60МПа складає 3-50 години, при температурі 160°С і тиску 70МПа складає 3-30 годин. Міцність каменю 2-х добового твердіння при температурі 75°С і тиску 40МПа рівна 9,0МПа, через 7 діб складає 9,8МПа, а через 28 діб збільшилась до 120МПа. Приклад 9. 6 Беруть компоненти в такій кількості, г: Шлакопортландцемент 100,0 Цукор 0,15 декстрин 0,3 Вода 50,0 Технологія приготування розчину аналогічна попереднім прикладам. Густина тампонажного розчину - 1760кг/м3, розтічність - 230мм. Прокачувавість на КЦ-3 при температурі 75-90°С і тиску 40-50МПа складає 5-00-6-00 годин, при температурі 120°С і тиску 60МПа складає 4-30 годин , при температурі 160°С і тиску 70МПа - 4 години. Міцність 2-х добового твердіння при температурі 75°С і тиску 40МПа дорівнює 9,2МПа, через 7 діб складає 10,0МПа, а через 28 діб - 12,2МПа. В прикладах взяті допустимі верхня, нижня та середня .межа компонентів на основі в'яжучих: портландцементу, цемент-золи /1:1/, шлакопортландцементу. Верхня та нижня межа для цукру складають 0,05-0,15%, а для декстрина - 0,050,3%. При зменшенні вказаної межі добавки очікуючого результату досягнути не вдалося, а збільшення нижньої межі недоцільно, так як збільшення добавки до в'яжучого не впливає на якість розчину і каменя. По результатам дослідів бачимо, що комплексна добавка цукру з .декстрином є ефективним сповільнювачем термінів охоплення тампонажних розчинів на основі в'яжучих /портланцементу, цементно-зольного в'яжучого, шлакопортландцементу/ в широкому діапазоні температур - 75-160°С при тисках від 40 до 70МПа. При цьому тампонажний камінь зберігає високі показники міцності, що підвищує якість цементування. Застосування недефіцитних та серійного випуску компонентів даного реагенту в поєднанні з простотою в приготуванні з використанням існуючої техніки і технології цементування свердловини і стандартного обладнання бурової, дозволяє рахувати тампонажний розчин для цементування високотемпературних нафтових і газових свердловин дуже перспективним. Таблиця 1 №№ п/п 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 ПЦТ100 2 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 В’яжуче, % ШПЦСЗола 120 3 4 В/Т Цукор % Декстрин % ρ кг/м3 Д мм 5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 6 0,03 0,05 0,1 0,15 0,2 7 0,03 0,05 0,1 0,15 0,2 8 1840 1840 1840 1840 1840 1840 1840 1840 1840 1840 1840 9 240 240 240 240 240 240 240 240 240 240 240 Прокачуваність на КЦ-3, год-хв. 75°С 90°С 120°С 160°С 40МПа 50МПа 60МПа 70МПа 10 11 12 13 1-00 0-45 2-00 1-20 2-30 1-50 2-45 2-10 2-50 2-20 2-00 1-05 1-30 0-50 2-00 1-30 3-00 2-00 3-30 2-20 3-35 2-30 7 28536 8 Продовження таблиці 1 №№ п/п 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 ПЦТ100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 50 50 50 50 50 50 50 В’яжуче, % ШПЦСЗола 120 50 50 50 50 50 50 50 100 100 100 100 100 100 В/Т Цукор % Декстрин % ρ кг/м3 Д мм 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,55 0,55 0,55 0,55 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,03 0,05 0,05 0,05 0,1 0,1 0,1 0,2 0,05 0,05 0,1 0,1 0,1 0,1 0,05 0,1 0,15 0,15 0,15 0,3 0,35 0,05 0,05 0,1 0,2 0,1 0,2 0,3 0,35 0,05 0,1 0,1 0,2 0,25 0,3 0,05 0,1 0,2 0,3 0,35 1840 1840 1840 1840 1840 1840 1840 1840 1840 1840 1670 1670 1670 1620 1620 1620 1620 1760 1760 1760 1760 1760 1760 240 240 240 240 240 240 240 240 240 240 230 230 240 240 240 240 240 210 210 220 230 230 230 Прокачуваність на КЦ-3, год-хв. 75°С 90°С 120°С 160°С 40МПа 50МПа 60МПа 70МПа 4-30 3-00 5-00 3-30 2-00 1-30 2-20 1-50 3-00 2-10 3-45 2-30 4-00 2-35 4-10 2-50 4-30 2-10 1-10 4-40 3-30 1-10 2-30 2-00 1-20 2-45 2-20 1-50 3-30 2-45 2-20 4-00 3-00 2-40 4-30 3-20 3-00 5-00 3-30 3-00 1-50 5-20 3-45 3-10 2-00 3-30 3-00 1-20 3-45 3-10 1-30 4-00 3-20 2-50 2-20 6-20 4-35 3-50 3-30 6-40 5-00 4-30 4-00 6-40 5-00 4-50 4-00 По прототипу Зелена патока КМп04 1 65 0,5 0,06 0,02 1810 210 4-00/ /5-00 2 68 0,45 0,64 0,17 1700 190 3-30/ /4-00 Таблиця 2 №№ п/п 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 В’яжуче, % В/Т ПЦТ100 2 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 Зола 3 ШПЦС120 4 Цукор % Декстрин % ρ кг/м3 Д мм Міцність на згин після твердіння, Рзг., Мпа при Т=75°С, Р=40МПа 2 доби 5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 6 0,03 0,05 0,1 0,15 0,2 0,03 0,05 7 0,03 0,05 0,1 0,15 0,2 0,3 0,35 0,05 0,05 8 1840 1840 1840 1840 1840 1840 1840 1840 1840 1840 1840 1840 1840 1840 1840 9 240 240 240 240 240 240 240 240 240 240 240 240 240 240 240 7 діб 28 діб 10 4,9 5,2 8,1 9,2 9,3 9,3 4,9 4,9 4,9 4,0 3,8 3,6 3,0 5,2 8,1 11 5,2 5,8 8,15 9,6 9,8 9,8 5,2 5,2 5,2 5,2 4,3 4,0 3,4 5,4 8,3 12 5,5 6,0 8,3 9,9 10,0 10,1 5,5 5,5 5,4 5,4 4,52 4,2 3,6 5,6 8,5 9 28536 10 Продовження таблиці 2 №№ п/п 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 1 2 В’яжуче, % В/Т ПЦТ100 100 100 100 100 100 100 50 50 50 50 50 50 50 65 Зола 50 50 50 50 50 50 50 ШПЦС120 100 100 100 100 100 100 68 Цукор % Декстрин % ρ кг/м3 Д мм Міцність на згин після твердіння, Рзг., Мпа при Т=75°С, Р=40МПа 2 доби 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,55 0,55 0,55 0,55 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,45 0,05 0,05 0,1 0,1 0,1 0,2 0,05 0,05 0,1 0,1 0,1 0,1 0,05 0,1 0,15 0,15 0,15 0,1 0,2 0,1 0,2 0,3 0,35 0,05 0,1 0,1 0,2 0,25 0,3 0,05 0,1 0,2 0,3 0,35 По прототипу Зелена КМп04 патока 0,06 0,02 0,64 0,17 7 діб 28 діб 1840 1840 1840 1840 1840 1840 1670 1670 1670 1620 1620 1620 1620 1760 1760 1760 1760 1760 1760 240 240 240 240 240 240 230 230 240 240 240 240 240 210 210 220 230 230 230 8,1 8,0 9,0 9,0 7,8 5,2 6,0 8,6 9,0 12,4 11,8 11,8 8,4 5,0 8,2 9,0 9,0 9,2 9,0 8,3 8,2 9,3 9,3 8,2 5,5 6,2 8,9 9,6 12,6 12,1 12,0 9,4 5,3 8,4 9,8 9,8 10,0 9,4 8,5 8,6 9,6 9,5 8,4 5,8 6,5 9,2 10,3 13,0 12,4 12,3 9,6 5,6 8,6 10,8 12,0 12,2 10,8 1810 1700 210 190 5,2 7,0 8,3 8,8 10,0 12,0 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул. Сім’ї Хохлових, 15, м. Київ, 04119, Україна (044) 456 – 20 – 90 ТОВ “Міжнародний науковий комітет” вул. Артема, 77, м. Київ, 04050, Україна (044) 216 – 32 – 71