Полегшений тампонажний матеріал

Реферат: Полегшений тампонажний матеріал містить мінеральне в'яжуче і полегшуючу добавку. Як полегшуючу добавку застосовують добавку на основі біокремнезему. UA 90324 U (12) UA 90324 U UA 90324 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до газонафтовидобувної промисловості, а саме до тампонажних матеріалів для цементування нафтових і газових свердловин при низьких, нормальних та помірних температурах в гірничо-геологічних умовах, ускладнених пониженими пластовими тисками, потенційними поглинаннями та флюїдоперетоками. Відомі полегшені тампонажні матеріали, які містять портландцемент і полегшені добавки органічного походження: бітуми і тверді асфальтени (Булатов А.И., Данюшевский B.C. 5 Тампонажный материал. - М.: Недра, 1987 - С. 280). Використання цих добавок дозволяє отримати тампонажний матеріал, розчин якого є седиментаційно-стабільним з густиною 1500 3 кг/м із задовільними реологічними характеристиками. Недоліком відомих полегшених тампонажних матеріалів є те, що цементний камінь, отриманий з їх розчину, за фізико-механічними властивостями не відповідає вимогам ДСТУ "Портландцементи тампонажні. Технічні вимоги". Відомий полегшений тампонажний матеріал, що містить портландцемент і мелене кам'яне вугілля (Данюшевский B.C., Толстых И.Ф, Мильштейн Б.М. Справочное руководство по тампонажным материалам. - М.: Недра, 1973 - С. 83-87). Даний полегшений тампонажний матеріал дозволяє отримати прокачуваний тампонажний розчин із скороченими термінами схоплення без покращення фізико-механічних властивостей каменю. Недоліком відомого полегшеного тампонажного матеріалу є занижена міцність, що стає причиною відсутності надійного ізоляційного екрану, що у свою чергу призводить до неякісного цементування. Відомий полегшений тампонажний матеріал, (Патент України № 73377, МПК Е21В 33/138, публ. 25.09.2012 р.), що вміщує мінеральне в'яжуче та полегшувальну мінеральну домішку. Як полегшувальна мінеральна домішка використовується спучений перлітовий пісок, наприклад, марки М-100, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: мінеральне в'яжуче 88-95 спучений перлітовий пісок 5-12. Недоліками даного матеріалу є порівняно низька міцність цементного каменю (до 2,3 МПа), складність регулювання термінів тужавлення тампонажних розчинів при підвищених тисках. Відомий облегшений тампонажний матеріал, (Патент України № 35476, МПК Е21В 33/138, публ. 15.03.2001 p.), вибраний як найближчий аналог, що містить мінеральне в'яжуче і активну мінеральну добавку. Як мінеральна добавка використовується цеолітова мука, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: мінеральне в'яжуче 54,5-61,5 цеолітова мука 38,5-45,5. Недоліками даного матеріалу є: вузький діапазон регулювання густини тампонажного 3 розчину (1455-1570 кг/м ) та порівняно низька міцність цементного каменю при низьких і нормальних температурах (0,8-2,0 МПа на стиск, через 2 доби). Задачею корисної моделі є збільшення діапазону регулювання густин тампонажного розчину, при збереженні технологічних параметрів (водовідділення, розтічність, час загуснення) в межах вимог ДСТУ та підвищення міцності цементного каменю. Для вирішення поставленої задачі пропонується у тампонажному матеріалі, що містить мінеральне в'яжуче, використовувати полегшуючу добавку на основі біокремнезему при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: мінеральне в'яжуче 70,090,0 добавка на основі біокремнезему 10,030,0. Для приготування запропонованого полегшеного тампонажного матеріалу (далі - ПТМ) як мінеральне в'яжуче використовують тампонажний портландцемент для низьких і нормальних або помірних температур за ДСТУ Б В.2.7-88-99 або інші тампонажні спеццементи, призначені для відповідних умов застосування. Біокремнезем за призначенням є добавкою полегшуючої дії, тобто зменшує густину тампонажного розчину у широкому діапазоні при збереженні технологічних параметрів (водовідділення, розтічності, часу загуснення, міцності каменю) в межах вимог ДСТУ. У порівнянні з відомими полегшуючими добавками на основі діоксиду кремнію вона має наступні переваги: регулює густину тампонажного розчину у широкому діапазоні; позитивно впливає на седиментаційну стійкість та корозійні характеристики отриманого каменю; дозволяє регулювати час загуснення тампонажного розчину в необхідному діапазоні при використанні в умовах низьких, нормальних та помірних температур (від 15 до 100 °C). 1 UA 90324 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Біокремнезем випускається за ТУ 5716-013-25310144-2008, і являє собою тонкодисперний діоксид кремнію біогенного походження, отриманий шляхом спеціальної комбінованої активації природного діатоміту. Добавка на основі біокремнезему належить до групи безпечних матеріалів не містить токсичних компонентів і іонів хлору. Не має корозійну дію. При використанні ПТМ допускається до складу тампонажного розчину включати хімреагенти - регулятори технологічних показників: сповільнювачі, прискорювачі, понижувачі водовідділення та фільтрації, пластифікатори, піногасники і т.д.). Кількість хімреагентів в складі тампонажного розчину повинно забезпечувати збереження технологічних параметрів розчину та каменю з нього в межах вимог ДСТУ, ТУ. Запропонований ПТМ використовують наступним чином. Добавка на основі біокремнезему перемішується з в'яжучим в сухому вигляді, згідно заданої пропорції. ПТМ готується шляхом не менше як 3-разового перетарювання з бункера в бункер цементозмішувальних машин, або за допомогою спеціальних змішувальних пристроїв. Розрахункову кількість хімреагентів (при необхідності), у заданій послідовності, розчиняють у воді. Отриманий розчин використовують як рідину замішування тампонажного розчину на основі ПТМ. Фізичні і механічні властивості тампонажного розчину і цементного каменю визначаються згідно ДСТУ БВ.2.7-86-99 "Цементи тампонажні. Методи випробувань". Дані про технологічні властивості тампонажних розчинів на основі запропонованого ПТМ та відомого за аналогом тампонажного матеріалу, наведені в таблиці 1 "Технологічні параметри ПТМ на основі тампонажного цементу для низьких і нормальних температур" та таблиці 2 "Технологічні параметри ПТМ на основі тампонажного цементу для помірних температур". Приклад приготування тампонажного розчину на основі ПТМ для помірних температур. Для приготування 1 л тампонажного розчину 680 г портландцементу ПЦТ 1-100 і 170 г біокремнеземної добавки перемішують до утворення однорідної суміші (ПТМ). 0,6 г нітрилотриметилфосфонової кислоти (НТФК) розчиняють в 680 мл прісної води. Даний розчин використовують як рідину замішування 850 г ПТМ. Отриманий тампонажний розчин тестують згідно ДСТУ БВ.2.7-88-99 "Цементи тампонажні. Технічні умови" (див. таблицю 2, рецептура № 5). Запропоновані рецептури тампонажних розчинів на основі ПТМ представлені в таблицях 1 та 2 (рецептури 24-7). Вміст біокремнезему в кількості 10,04-30,0 мас. % забезпечує: густину розчину 144041650 3 3 кг/м для низьких і нормальних та 143041640 кг/м для помірних температур; величину границі міцності цементного каменю на згин через 48 год. 2,04,6 МПа для низьких і нормальних та 3,26,9 МПа для помірних температур; величину границі міцності цементного каменю на стиск через 48 год. 4,88,5 МПа для низьких і нормальних та 7,712,8 МПа для помірних температур; величину водовідділення тампонажного розчину 1,2 % при розтічності 230250 мм для низьких і нормальних та водовідділення тампонажного розчину 1,3 % при розтічності 230250 мм для помірних температур. Водоцементне відношення дорівнює 0,650,95 для низьких і нормальних та помірних температур. При вмісті біокремнезему нижче 10,0 мас. % - значно підвищується густина та водовідділення (рецептура 8, таблиці 1 та 2), а при перевищенні 30,0 мас. % - значно зменшується міцність цементного каменю, розтічність та час загуснення (рецептура 9, таблиць 1 та 2). Вміст тампонажного портландцементу в межах 70,090,0 мас. % - є оптимальним для надання тампонажному розчину, при нормованих технологічних параметрах, достатню густину та міцність цементного каменю (рецептури 27, таблиці 1 та 2). Вміст традиційного сповільнювача НТФК в кількості до 0,06 % від маси ПТМ забезпечує регулювання часу загуснення в необхідному діапазоні (до 4 год. 40 хв). Запропонований ПТМ є простим в приготуванні, використовує компоненти, які відповідають СанПІН № 4617-88 "Гранично-допустимі концентрації шкідливих речовин у повітрі робочої зони". ПТМ може бути ефективно застосований при цементуванні обсадних колон нафтових і газових свердловин при низьких, нормальних та помірних температурах в гірничо-геологічних умовах, ускладнених пониженими пластовими тисками, потенційними поглинаннями та флюїдоперетоками, що дозволить підвищити якість кріплення і забезпечити довговічність свердловин. 2 UA 90324 U Таблиця 1 Параметри розчину Склад ПТМ, % В/С, № Сповільню- рідина рецепдобавка вач НТФК замішу- Д, ПЦТ В, тури біокремρ, кг/м вання мм 1-50 % незем 1 1 2 3 прототип 4 5 7 8 14550,5-1,0 1570 Заявлюваний діапазон 0,65 250 1650 1,0 0,65 250 1650 1,2 0,80 240 1540 0,6 0.80 250 1540 1,0 0,95 230 1440 0,0 0,95 240 1440 0,4 Позамежовий діапазон 0,60 250 1710 2,1 1,00 210 1420 1,5 2 3 4 5 6 7 90 90 80 80 70 70 10 10 20 20 30 30 0,03 0,03 0,03 8 9 95 65 5 35 0,03 0,03 6 Режим випробувань 12 10 11 12 Міцність каменю на згин через 48 год. Рст, МПа 13 22 атм 0,8-2,0 22 22 22 22 22 22 атм атм атм атм атм атм 2-50 4-40 2-10 4-00 1-40 3-10 4,6 4,2 3,8 3,0 3,1 2,0 8,5 8,0 7,6 7,4 7,8 4,8 22 22 атм атм 4-50 1-50 5,2 1,3 11,5 2,8 Т, °C Час загуснення Р, Т, год.МПа хв Міцність каменю на згин через 48 год. Рзг, МПа Таблиця 2 Склад ПТМ, % № рецепдобавка ПЦТ тури біокрем1-100 незем 1 1 2 3 прототип Сповільнювач НТФК 4 2 3 4 5 6 7 90 90 80 80 70 70 10 10 20 20 30 30 0,06 0,06 0,06 8 9 95 65 5 35 0,06 0,06 Параметри Режим Міцність Міцність Час В/С, розчину випробувань каменю каменю загусрідина на згин на згин нення замішу- Д, через через ρ, Т, Р, Т, год.в, % вання мм кг/м3 48 год. 48 год. °C МПа хв Рзг, МПа Рст, МПа 5 6 7 8 12 10 11 12 13 14550,5-1,0 75 30 4,9-8,0 1570 Заявлюваний діапазон 0,65 250 1640 1,2 75 30 1-40 6,9 12,8 0,65 250 1640 1,3 75 30 3-30 5,3 10,9 0,80 240 1530 0,9 75 30 1-20 5,2 11,3 0,80 250 1530 1,0 75 30 3-10 4,1 10,2 0,95 230 1430 0,0 75 30 1-10 4,3 9,5 0,95 250 1430 0,3 75 30 2-40 3,2 7,7 Позамежовий діапазон 0,60 250 1700 2,9 75 30 3-40 6,0 12,9 1,00 200 1410 1,5 75 30 1-40 2,0 3,6 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Полегшений тампонажний матеріал, що містить мінеральне в'яжуче і полегшуючу добавку, який відрізняється тим, що як полегшуючу добавку застосовують добавку на основі біокремнезему при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: мінеральне в'яжуче 70,090,0 добавка на основі біокремнезему 10,030,0. Комп’ютерна верстка М. Ломалова 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