Тампонажний розчин для формування тріщиностійкого каменю в процесі цементування нафтових та газових свердловин

Реферат: Тампонажний розчин для формування тріщиностійкого каменю в процесі цементування нафтових та газових свердловин містить портландцемент, прискорювач тужавіння і армуючу домішку. Як прискорювач тужавіння - хлористий кальцій, як армуючу домішку - поліпропіленову фібру. UA 79240 U (12) UA 79240 U UA 79240 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до будівництва нафтових та газових свердловин, зокрема до тампонажних матеріалів, і може бути використана на підприємствах нафтової та газової промисловості. Відомий тампонажний склад для кріплення свердловин на дисперсно-армованій базовій основі, який містить компоненти в наступному співвідношенні, мас. ч.: портландцемент тампонажний - 100, мінеральне волокно (азбестове або базальтове волокно довжиною не більше 5 мм) - 3-4, оксиетильована целюлоза - 0,1-0,2, хлористий кальцій - 0,3-0,4, гумова крихта - 5-7. [Патент РФ № 2281309, Дисперсноармированный тампонажный раствор, Ухтинский государственный технический университет, опубл. 10.05.2006]. Однак для розчину з вищенаведеним складом характерне його високе водовідділення з подальшим розшаруванням та низька розточність, що створює проблеми при закачуванні тампонажної суміші в свердловину. Відома також тампонажна суміш, котра містить наступні компоненти, мас. ч.: портландцемент - 100, мінеральне волокно з хризотил-азбестом - 0,5-5,0, кислу сіль полівалентного металу - 0,1-1,0, силікокристаліт - 20-30, водорозчинний полімер - 0,01-0,5 і воду - 100-130. [А.С. № 1099049 / СРСР / МКИ Е21В 33/138 Дисперсноармованный тампонажный матеріал для крепления скважин./ O.K. Ангелопус, B.C. Бакшутов, Е.С. Тангалычев, В.Э. Аваком. /Заявл. 09.07.82 опубл. 23.06.84 Бюл. №13]. Однак, ця тампонажна суміш має недостатню силу зчеплення зі стінками свердловини і з колоною обсадних труб, що є наслідком низьких адгезійних властивостей цементного каменя. Найбільш близьким аналогом є фіброармований тампонажний матеріал для цементування продуктивних інтервалів, який підлягає перфорації в процесі освоєння свердловини, з компонентним складом розчину, мас. ч.: портландцемент - 65-69; армуюче волокно (поліакрилове, або поліпропіленове або базальтове) - 0,08-0,33; оксіелилцелюлоза - 0,07-0,2; суперпластифікатор ЦЕМПЛАСТ або С-3 або Melfiux-0,08-0,33; піногасник - 0,08-0,13; хлорид кальцію - 0,08-1,3; полідіалилдиметиламоній хлорид ВПК-402-0,08-0,33, вода - решта [Воеводкин В. Л., Кузнецова О. Г., Кохан К. В., Чугаева О. А., Дружинин М. А., Кудимов И. А., Сажина Е. М., Зуева Н. А. "Фиброармированный тампонажный материал для цементирования продуктивных интервалов, подверженных перфорации в процессе освоения скважин", Общество с ограниченной ответственностью "ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ", Патент РФ № 2458962, опубл. 18.03.2011]. Проте, цей відомий тампонажний розчин має недостатні технологічні характеристики: міцність при стиску, міцність при розтягу і підвищену водовіддачу внаслідок значного вмісту пластифікуючих домішок в розчині. В промислових умовах це може призвести до утворення тріщин в цементному камені, особливо, якщо до нього будуть прикладені динамічні навантаження. В основу корисної моделі, поставлено задачу створити армований тампонажний розчин для цементування нафтових та газових свердловин, який за досить малий проміжок часу здатний сформувати тріщиностійкий цементний камінь, який здатний протистояти динамічним навантаженням, які виникають в свердловині в процесі її будівництва та експлуатації. Поставлена задача вирішується шляхом надання тампонажному матеріалу фізикомеханічних властивостей, які покращують його тріщиностійкість, в тому числі в умовах динамічних навантажень, шляхом додавання в тампонажний розчин як армуючої домішки поліпропіленової фібри довжиною волокон 4-5 мм та прискорювача тужавіння хлористого кальцію при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: ППФ - 0,2-0,25; хлористий кальцій 1,5-2; портландцемент ПЦТ-І-100-97,75-98,3. Визначення оптимального складу суміші досягнуто експериментально методом комбінаційних квадратів. На етапі приготування розчину критерієм вибору взято консистенцію суміші через 90 хвилин перемішування та розточність розчину. Під час дослідження цементного каменю критерієм оцінки тріщиностійкості цементного каменю беруть коефіцієнт тріщиностійкості дослідної моделі кріплення свердловини, який визначають шляхом ділення проникності моделі до та після прикладання навантаження. Дослідження властивостей цементного розчину і каменю проводять у відповідності до ДСТУ БВ.2.7-86-99, при цьому приготування розчину здійснюють в наступній послідовності: спочатку проводять змішування сухої цементної суміші з поліпропіленовою фіброю у співвідношенні 4:1 у змішувальному пристрої з частотою обертання 100-150 об/хв., після цього готують розчин затворення шляхом додавання до технічної води розрахункової кількості хлористого кальцію. При приготуванні розчину безпосередньо на свердловині фіброцементну суміш вводять в осередковану ємкість за допомогою механічного перемішувача. Часткові результати досліджень наведені в таблиці 1 - Властивості тампонажних сумішей армованих поліпропіленовою фіброю. 1 UA 79240 U Таблиця 1 № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Цемент 100 97,5 97,7 99,7 97,0 99,0 99,3 99,6 97,6 96,8 Склад суміші, % Поліпропіленова фібра 0 0,4 0,2 0,3 0,2 0,3 0 0,4 0,3 0,4 Хлорид кальцію 0 2,1 2,1 0 2,8 0,7 0,7 0 2,1 2,8 Водоцементне Розточність, 3 Густина, кг/м відношення см 0,50 0,50 0,40 0,40 0,45 0,45 0,55 0,55 0,60 0,60 22 16 17 18 17 16 26 22 24 20 1860 1850 1860 1860 1855 1855 1845 1845 1840 1840 Продовження таблиці 1 Терміни схоплення, Межа міцності год.-хв. на розВодовідстій, № тяг/стиск че% початок кінець рез 2 доби 1 5-10 8-20 0,8/30 4,4 2 5-00 8-05 6,3/34 4,0 3 4-00 7-30 5,5/25 0,8 4 4-50 8-40 5,4/23 1,2 5 3-10 6-30 2,7/29 0,8 6 4-10 7-50 5,8/26 1,2 7 4-55 8-40 1,5/8 2,4 8 5-20 8-27 4,1/27 2 9 5-05 7-22 2,7/20 2 10 4-21 6-32 3,3/24 1,6 Фільтрація, 3 см /30 хв. Консистенція Коефіцієнт через 90 хв. тріщиностійу.о.к кості 165 160 145 150 135 145 245 252 284 246 37 40 38 33 38 38 30 36 27 32 0,45 0,91 0,64 0,84 0,70 0,87 0,48 0,75 0,55 0,63 Таблиця 2 Властивості аналога, згідно з патентом РФ № 2281309. Склад суміші, % МінераХлоОксіетильне рисЦельована азбестий мент целютове кальлоза волокно цій 85 5 0,8 1,2 Терміни тужавіння, год.-хв. КоеКонМежа міцфіцісисності на єнт РеРозточ- Густина, тенція розтяг/стиск трізи3 ність, см кг/м через щинонова початок кінець через 2 90 хв. доби, МПа стійкриу.о.к кості хта 8 21,5 1800 2-12 3-17 1,2/33 34 0,4 5 2 UA 79240 U Таблиця 3 Властивості найближчого аналога, згідно з Патентом РФ №2458962. Терміни туКоежавіння, год.Межа міц- Кон- фіціхв. Розто- Гусності на сис- єнт Ар- ОксіеСучність, тина, розтяг/стиск тенція тріму- тильо- Хло- пер- Піно3 кг/м почачерез 2 через щиноЦеВПК- см юче вана ристий плас- гаскінець доби, МПа у.о.к. стіймент 402 ток воло- целю- кальцій тифі- ник кості кно лоза катор 96,3 0,6 0,4 1,0 0,6 0,5 0,6 20 1820 2-46 4-05 1,4/38 40 0,51 Склад суміші, % 5 10 15 20 25 Дані, зведені в таблиці 1, засвідчують, що додавання поліпропіленової фібри забезпечує підвищення міцності тампонажного каменю та підвищує його тріщиностійкість. Окрім цього, домішка поліпропіленової фібри сприяє зменшенню водовідділення та фільтрації. Таким чином, сукупністю відомих і пропонованих суттєвих ознак і їх причинно-наслідковим зв'язком отримано новий армований тампонажний розчин для формування тріщиностійкого каменю в процесі цементування нафтових та газових свердловин, який відповідає вимогам поставленої задачі корисної моделі. Армований тампонажний розчин готують наступним чином. Як приклад, до відомого портландцементу для "холодних" свердловин ПЦТ-І-50 Здолбунівського цементного заводу додають суміш цього ж портландцементу та поліпропіленової фібри з довжиною голки 4-5 мм у співвідношенні 4:1. У воду затворення вводять розрахункову кількість хлористого кальцію, при наступному співвідношенні компонентів суміші, мас. %: Склад за прикладом 1. портландцемент ПЦТ-І-50-98,3; поліпропіленова фібра - 0,2; хлористий кальцій - 1,5. Склад за прикладом 2. портландцемент ПЦТ-І-50-97,75; поліпропіленова фібра - 0,25; хлористий кальцій - 2. Пропонований тампонажний розчин для формування тріщиностійкого каменю в процесі цементування нафтових та газових свердловин забезпечує седиментаційно стійку тампонажну композицію, здатну збільшити термін безаварійної експлуатації свердловини та забезпечити якісну герметизацію міжколонного простору свердловин упродовж тривалого періоду їх експлуатації. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 Тампонажний розчин для формування тріщиностійкого каменю в процесі цементування нафтових та газових свердловин, що містить в складі компонентів портландцемент, прискорювач тужавіння і армуючу домішку, який відрізняється тим, що склад компонентів містить як прискорювач тужавіння хлористий кальцій і як армуючу домішку поліпропіленову фібру, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: портландцемент 97,75-98,3 хлористий кальцій 1,5-2,0 поліпропіленова фібра 0,2-0,25. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3