Тампонажний розчин

Реферат: Тампонажний розчин містить портландцемент, полісахарид, пластифікатор, сповільнювач нітрилтриметилфосфонову кислоту, піногасник та воду. Як тампонажний цемент використовують портландцемент для помірних температур або тампонажний цемент для підвищених температур. Як полісахарид використовують оксіетилцелюлозу або поліаніонну целюлозу. Як пластифікатор використовують Sika Plast-2508. UA 69180 U (12) UA 69180 U UA 69180 U 5 10 15 20 25 30 35 Корисна модель належить до газонафтовидобувної промисловості, а саме до тампонажних розчинів, і може використовуватись під час кріплення обсадних колон нафтових, газових і газоконденсатних свердловин в умовах помірних та підвищених температур (51-160 °С). 6 Відомий тампонажний розчин (патент Російської Федерації № 2031893, МПК С04В 40/00, Е21В33/138, 1995 р.), що містить портландцемент і суперпластифікатор С-3 - натрієву сіль продукту конденсації нафталінсульфокислоти з формальдегідом в кількості від 0,5 до 1,0 % від маси портландцементу і воду при водоцементному відношенні від 0,42 до 0,36. Недоліком даного тампонажного розчину є висока водовіддача, що не забезпечує якість кріплення свердловин. 6 Відомий тампонажний розчин (А. с. СРСР № 1484917, МПК Е21В 33/138, 1987 р.), який містить, мас. ч.: цемент 60-65,4 карбоксиметилцелюлоза (КМЦ) 1-5 плав солей - відхід виробництва карбофосу 1-5 вода 30-32,6. Недоліком такого тампонажного розчину є підвищена водовіддача та в'язкість, а також складність приготування. 6 Відомий тампонажний розчин (А. с. СРСР № 1637406, МПК Е21В 33/138, 1989 р.), до складу якого входить, мас.%: цемент 62-64 карбоксиметилцелюлоза 0,19-0,37 (КМЦ) сульфат натрію 0,38-0,77 вода решта. Недоліком даного тампонажного розчину є висока водовіддача. Це пов'язано з тим, що при розчиненні цементу у воді відбувається коагуляція нестійкої до солей кальцію КМЦ. Крім того, реагенти, що входять у відомий розчин, сильно загущують його, що викликає збільшення водовмісту в тампонажній суміші на 5-25 %. У результаті цього також знижується ізолююча здатність і міцність тампонажного каменю. Найбільш близьким аналогом є тампонажний розчин (патент Російської Федерації № 6 2136843, МПК Е21В 33/138, 1999 р.), який вміщує, мас. %: портландцемент 68,35-71,82 суперпластифікатор С-3 0,21-0,36 водорозчинна гідроксіетилцелюлоза 0,28-0,42 сульфацел вода решта. Недоліками даного тампонажного розчину висока водовіддача та обмежений температурний діапазон застосування (до 100 °С). Задачею корисної моделі є зменшення водовіддачі тампонажного розчину та розширення діапазону застосування до умов підвищених пластових температур при збереженні якісних показників тампонажного розчину та каменю з нього. Поставлена задача вирішується тим, що у тампонажному розчині, який вміщує портландцемент, полісахарид, пластифікатор та воду, згідно з корисною моделлю, як тампонажний цемент використовують портландцемент для помірних температур або тампонажний цемент для підвищених температур, як полісахарид використовують оксіетилцелюлозу (ОЕЦ) або поліаніонну целюлозу (ПАЦ), як пластифікатор використовують Sika Plast-2508, додатково містить сповільнювач нітрилтриметилфосфонову кислоту та піногасник при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: тампонажний цемент 70,92-73,06 вказаний полісахарид 0,213-0,289 вказаний пластифікатор 0,425-0,438 сповільнювач 0,007-0,029 піногасник 0,013-0,014 вода решта. У запропонованому розчині вказаний тампонажний цемент виступає як в'яжуче і відповідає за структуроутворення та міцність цементного каменю. 1 UA 69180 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Вказаний полісахарид в комплексі з пластифікатором Sika Plast-2508 знижує водовідділення і водовіддачу тампонажних розчинів, підвищує седиментаційну стійкість, додатково виступає сповільнювачем термінів загущення. Пластифікатор Sika Plast-2508 - універсальний суперпластифікатор нового покоління, що виготовляється на основі карбоксилату, в комплексі з полісахаридом підвищує термостійкість хімреагентів, знижує водовідділення і водовіддачу тампонажних розчинів, підвищує седиментаційну стійкість, додатково виступає сповільнювачем термінів загущення. Сповільнювачем виступає нітрилотриметилфосфонова кислота (НТФК), яка дозволяє регулювати терміни загущення тампонажного розчину в необхідному діапазоні при збереженні реологічних параметрів розчину та міцнісних характеристик цементного каменю. З метою попередження піноутворення під час замішування тампонажного розчину - рідину замішування обробляють піногасником. Таким чином, запропонована сукупність компонентів у межах їхнього вмісту, забезпечує тампонажному розчину синергетичні властивості та технічний результат - здатність до значного зниження водовіддачі тампонажних розчинів, підвищення седиментаційної стійкості, міцності цементного каменю і необхідного часу загущення (до 6 годин) в діапазоні помірних та підвищених статичних температур. Для приготування тампонажного розчину використовують: 1. Тампонажні цементи: - тампонажні портландцементи типу ПЦТ І,II,III-100 за ДСТУ Б В.2.7-88-99; - тампонажний цемент ШПЦС-120 ТУ У 320.00136751.008-96. 2. Полісахариди: ОЕЦ, ПАЦ - виготовляються згідно із стандартом АНІ. 3. Пластифікатор Sika Plast 2508 - виготовляється за 31982 ISO 9001:2008. 4. Сповільнювач НТФК - нітрилотриметилфосфонова кислота, виготовляється за ТУ 6-095283-86. 5. Піногасники: - Defoam - виготовляється згідно із стандартом АНІ; - Пентакс - виготовляється за ТУ У 24.6-32028975-005-2004. Тампонажний розчин містить воду у кількості, що забезпечує задану густину тампонажного розчину при розтічності D  210 мм. Тампонажний розчин готують наступним чином. Розрахункову кількість піногасника, полісахариду, пластифікатора та НТФК розчиняють за даною послідовністю в необхідній кількості води. Отриманий розчин використовують як рідину замішування тампонажного розчину. Приготування (замішування) тампонажного розчину здійснюється за допомогою цементувальних агрегатів та цементозмішувальних машин, за традиційною технологією. Фізичні і механічні властивості тампонажного розчину і цементного каменю визначають згідно з ДСТУ БВ.2.7-86-99 "Цементи тампонажні. Методи випробувань". Дані досліджень технологічних властивостей запропонованого тампонажного розчину у порівнянні з прототипом наведені в таблиці 1 «Технологічні параметри тампонажних розчинів на основі тампонажного портландцементу ПЦТ 1-100» та таблиці 2 «Технологічні параметри тампонажних розчинів на основі цементу ШПЦС-120». Для приготування 1 л тампонажного розчину: в 537 мл прісної води послідовно розчиняють 0,26 г піногасника (наприклад Defoam), 5,8 г полісахариду (наприклад ОЕЦ), 8,7 г пластифікатора Sika Plast-2508 та 0,29 г сповільнювача НТФК. Даний водний розчин використовують як рідину замішування 1450 г тампонажного портландцементу ПЦТ I-100. Отриманий тампонажний розчин тестують згідно з ДСТУ БВ.2.7-88-99 "Цементи тампонажні. Технічні умови" (дослід таблиці 1). Запропоновані рецептури тампонажних розчинів представлені в дослідах 2-9 таблиць 1, 2. Вміст тампонажного цементу в межах 70,92-73,06 мас. % - є оптимальним для надання тампонажному розчину, при нормованій розтічності, достатніх міцнісних показників цементного каменю. Вміст полісахариду в кількості 0,213-0,289 мас.% та пластифікатора Sika Plast-2508 в кількості 0,425-0,438 мас.% відповідно, забезпечує синергетичні властивості даних хімреагентів та наступні властивості тампонажного розчину і цементного каменю: водовіддачу в межах 4,03 22,0 см /30 хв, водовідділення  3,6 % при розтічності  210,0 мм; час загущення до 6 год.; величину границі міцності цементного каменю на згин через 24 год. (6,3-9,8 МПа); водоцементне відношення дорівнює 0,36-040. Вміст НТФК в межах 0,007-0,029 мас. % є оптимальним для надання тампонажному розчину достатнього терміну прокачуваності при конкретних умовах цементування. 2 UA 69180 U 5 10 15 Вміст піногасника в межах 0,013-0,014 мас. % є оптимальним для запобігання піноутворенню під час приготування рідини замішування тампонажних розчинів. При вмісті полісахариду, в кількості більше 0,289 мас.% - різко падає розтічність розчину та міцність цементного каменю (досліди 10 таблиць 1, 2); при вмісті менше 0,213 мас.% збільшується водовідділення та водовіддача розчину (досліди 11 таблиць 1, 2). При вмісті пластифікатора Sika Plast-2508, в кількості більше 0,438 мас.% - збільшується водовідділення та водовіддача розчину (досліди 12 таблиць 1, 2); при вмісті менше 0,425 мас.% - різко падає розтічність розчину (досліди 13 таблиць 1, 2). При вмісті НТФК, в кількості більше 0,029 мас. % - різко зменшується міцність цементного каменю. Запропонований тампонажний розчин є простим в приготуванні, використовує компоненти, які відповідають СанПІН №4617-88 "Граничнодопустимі концентрації шкідливих речовин у повітрі робочої зони". На основі результатів, проведених досліджень можна стверджувати, що запропонований тампонажний розчин може бути ефективно застосований при цементуванні обсадних колон в умовах помірних та підвищених температур (51-160 °С), що дозволить підвищити якість кріплення і довговічність нафтових, газових і газоконденсатних свердловин в складних гірничогеологічних умовах. Таблиця 1 Склад тампонажного розчину, % Ч/ ч 1 ПЦТ Полісахарид Пластифікатор Сповільнювач Піногасник вода I-100 2 3 4 5 Найближчий аналог 1 2 3 4 5 6 7 8 9 70,93 70,93 70,93 70,92 72,48 72,48 72,47 72,46 0,283 0,283 0,283 0,283 0,289 0,289 0,289 0,289 0,425 0,425 0,425 0,425 0,434 0,434 0,434 0,434 0,007 0,014 0,021 0,028 0,007 0,014 0,022 0,029 10 11 12 13 14 72,42 72,43 72,42 72,43 72,46 0,362 0,217 0,289 0,289 0,289 0,434 0,434 0,506 0,362 0,434 0,014 0,014 0,014 0,014 0,036 Міцність Час каменю зaгущення на згин до 30 Ф, через В, см3/ t, °С Р, МПа УОК, год.(24 год.), % хв. 30хв МПа 11 12 13 14 15 16 1075 атм 6,2-7,5 30 Параметри розчину 6 В/Ц Д, мм 7 8 9 0,38- 1800,45 190 Заявлюваний діапазон 0,014 28,327 0,40 240 0,014 28,325 0,40 250 0,014 28,323 0,40 >250 0,014 28,321 0,40 >250 0,013 26,774 0,37 210 0,013 26,772 0,37 220 0,013 26,770 0,37 240 0,013 26,768 0,37 250 Позамежовий діапазон 0,013 26,752 0,37 190 0,013 26,756 0,37 250 0,013 26,752 0,37 >250 0,013 26,756 0,37 180 0,013 26,766 0,37 230 , кг/м3 10 Режим випробувань 1940 1940 1940 1940 1990 1990 1990 1990 1,2 1,2 1,6 2,0 0,0 0,0 1,0 1,6 6,4 5,8 5,2 4,9 5,5 5,0 4,6 4,0 75 75 75 75 75 75 75 75 40 40 40 40 40 40 40 40 4-40 6-00 6-25 7-30 3-25 4-00 5-20 6-10 9,3 9,1 8,7 8,3 9,8 9,5 9,0 8,6 1990 1990 1990 1990 1990 0,0 1,4 2,3 0,0 1,9 4,0 18,0 15,0 12,0 16,0 75 75 75 75 75 40 40 40 40 40 4-50 3-25 4-15 3-30 >7-00 6,2 9,9 7,4 9,6 3,1 20 Таблиця 2 Склад тампонажного розчину, % Ч/ ч 1 Параметри розчину ШПЦ Полісахарид Пластифікатор Сповільнювач Піногасник вода С-120 2 3 4 5 Найближчий аналог 1 2 3 4 5 6 7 8 9 70,99 70,98 70,98 70,97 73,06 73,06 73,05 73,05 0,213 0,213 0,213 0,213 0,219 0,219 0,219 0,219 0,425 0,425 0,425 0,425 0,438 0,438 0,438 0,438 0,007 0,014 0,021 0,028 0,007 0,014 0,021 0,028 10 11 12 13 14 73,01 73,11 73,01 73,11 73,04 0,292 0,146 0,219 0,219 0,219 0,437 0,438 0,510 0,365 0,438 0,015 0,015 0,015 0,015 0,036 6 7 В/Ц Д, мм 8 9 0,35- 2300,50 260 Заявлюваний діапазон 0,014 28,347 0,40 250 0,014 28,345 0,40 250 0,014 28,343 0,40 >250 0,014 28,341 0,40 >250 0,013 26,260 0,36 230 0,013 26,258 0,36 240 0,013 26,256 0,36 250 0,013 26,254 0,36 250 Позамежовий діапазон 0,013 26,239 0,36 190 0,013 26,277 0,36 250 0,013 26,239 0,36 >250 0,013 26,277 0,36 180 0,013 26,252 0,36 250 3 , кг/м3 В, % Режим випробувань Ф, см3/ t, °С 30хв Р, МПа 10 11 17502000 12 1865 13 1870 1870 1870 1870 1900 1900 1900 1900 1,8 2,2 2,9 3,6 1,0 1,2 2,0 2,0 11,0 15,5 19,3 22,0 6,0 6,0 12,5 14,6 120 120 120 120 120 120 120 120 50 50 50 50 50 50 50 50 2-25 3-10 4-40 6-00 2-00 2-45 4-20 5-50 7,5 7,0 6,7 6,3 8,8 8,2 7,6 7,0 1900 1900 1900 1900 1900 1,0 3,0 2,9 17,0 3,3 14,0 0,0 8,0 3,0 18,0 120 120 120 120 120 50 50 50 50 50 3-15 2-20 3-40 2-25 >6-30 5,2 8,5 5,4 8,4 2,6 75 14 Міцність Час каменю зaгущення на згин до 30 через УОК, год.(24 год.), хв. МПа 15 16 атм до 6-00 5,2-8,1 UA 69180 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Тампонажний розчин, що містить портландцемент, полісахарид, пластифікатор та воду, який відрізняється тим, що як тампонажний цемент використовують портландцемент для помірних температур або тампонажний цемент для підвищених температур, як полісахарид використовують оксіетилцелюлозу або поліаніонну целюлозу, як пластифікатор використовують Sika Plast-2508, додатково містить сповільнювач нітрилтриметилфосфонову кислоту та піногасник при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: тампонажний цемент 70,9273,06 вказаний полісахарид 0,2130,289 вказаний пластифікатор 0,4250,438 сповільнювач 0,0070,029 піногасник 0,0130,014 вода решта. Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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 4