Армований тампонажний розчин для цементування низькотемпературних нафтових і газових свердловин

Реферат: Армований тампонажний розчин для низькотемпературних нафтових та газових свердловин містить в складі компонентів портландцемент, дрібнодисперсну кремнієорганічну домішку цеоліт, пластифікуючу і адгезійну домішки. Як пластифікуючу та адгезійну домішки містить синтетичний латекс і додатково містить армуючу добавку - базальтову фібру. UA 69769 U (12) UA 69769 U UA 69769 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до будівництва нафтових та газових свердловин, зокрема до тампонажних матеріалів з температурним діапазоном експлуатації від 0 до 60 °С, і може бути використана на підприємствах нафтової та газової промисловості. Відомий полегшений тампонажний розчин, котрий містить наступні компоненти, мас. ч.: тампонажний цемент - 100, цеолітовий шлам в перерахунку на сухий матеріал - 5-100, вода 5280. [Акционерная нефтяная компания «Башнефть», Патент РФ № 2133328, опубл. 20.07.1999 г.]. Однак для цього тампонажного розчину характерна низька адгезія до металу труб та підвищена проникність цементного каменю, що звужує межі його застосування. Відома, також, тампонажна суміш що містить, мас. %: тампонажний цемент - 97-98, синтетичний латекс - 2-3, вода - 45-50 [Патент США № 7576042, фірма Halliburton Energy Services, Inc. опубл. 18.08.2009]. Однак цьому розчину властиві занижені міцнісні характеристики цементного каменю, зокрема міцність на розтяг та згин, що також звужує межі його застосування. Найбільш близьким за складом компонентів і технічною суттю до корисної моделі, що заявляється, є тампонажний розчин що розширюється при твердінні, який містить портландцемент і гіпс, дрібнодисперсну кремнієорганічну домішку - цеоліт, знижувач водовіддачі (пластифікатор) та адгезійну домішку - суперпластифікатор С-3 при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: портландцемент - 22-30, гіпс - 50-60, цеоліт - 18-20, суперпластифікатор С - 3-2 [Егоров А. Д., Местников А. Е., Народов В. В. «Расширяющийся тампонажний материал» Патент РФ №2361899, опубл. 20.10.2009]. Проте, тампонажний камінь з цього розчину має недостатню міцність на розтяг і підвищену водовіддачу. Окрім того, розчину характерні малі терміни схоплення внаслідок введення великої кількості гіпсу, що можуть стати причиною недопідйому цементного розчину в кільцевому просторі свердловини. В основу корисної моделі, що заявляється, поставлено задачу створити армований тампонажний розчин для цементування низькотемпературних нафтових та газових свердловин, котрий працює при низьких температурах експлуатації з властивістю підвищення ранньої міцності цементного каменю, збільшення його адгезії з обмежуючими поверхнями та зменшення водовіддачі шляхом підбору відповідного складу компонентів і їх кількісного співвідношення та забезпечити седиментаційну стійку тампонажну композицію, здатну забезпечити якісну герметизацію затрубного і міжколонного простору свердловин упродовж тривалого періоду їх експлуатації та збільшити термін безаварійної експлуатації свердловини. Поставлена задача вирішується тим, що армований тампонажний розчин для низькотемпературних свердловин містить в складі компонентів портландцемент, дрібнодисперсну кремнієорганічну домішку - цеоліт, пластифікуючу і адгезійну домішки, згідно з корисною моделлю, як пластифікуючу та адгезійну домішки містить синтетичний латекс і додатково містить армуючу добавку - базальтову фібру, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: цеоліт 8,0-10,0 синтетичний латекс 1,0-1,5 базальтова фібра 3,0-5,0 88,8портландцемент ПЦТ-І-50 84,5. Підбір складу тампонажного розчину проводився в два етапи. На першому етапі було визначено властивості цементно-цеолітово-латексних розчинів. Дослідження властивостей цементного розчину і каменю проводились у відповідності до ДСТУ БВ.2.7-86-99 при найбільш поширеному водосумішевому відношенні 0,5. Оскільки на цементний камінь у свердловині більшою мірою діють розтягуючі напруження, вимірювання зведено до замірів межі міцності на розтяг. Результати досліджень наведені в таблиці 1. 1 UA 69769 U Таблиця 1 Властивості цементно-цеолітово-латексних тампонажних сумішей Терміни Межа міцності на розтяг Міцність охоплення, (МПа) у віці Фільт- на зчепгод-хв. Розтіч- ГусВодорація, лення Це- Цео- Латекс ність, тина, поча- кінець 2 7 діб 14 діб 28 діб відстій, 3 см /30 через2 3 % мент літ синте- см кг/м ток доби хв. доби, тичний МПа (сухий) 100 0 0 22 1860 5-10 8-20 0,8 1,17 1,3 1,6 4,4 165 3,0 95 5 0 22 1840 5-00 8-05 0.8 1,20 1,25 1,68 4,0 160 2,9 92 5 1,5 23 1840 5-00 8-00 0,85 1,15 1,35 1,72 3,8 152 5,6 89 5 3 23 1830 4-50 7-50 0,80 1,10 1,20 1,59 3,6 143 7,8 90 10 0 21 1830 5-00 8-00 0,75 1,24 1,58 1,98 2,6 161 3,0 87 10 1,5 21 1830 4-50 7-40 0,70 1,14 1,46 1,76 2,6 151 5,7 84 10 3 23 1820 4-40 7-35 0,70 1,10 1,32 1,65 2,5 140 7,3 8515 0 21 1815 4-10 7-30 0,4 1,21 1,25 1,69 2,4 160 2,9 82 15 1,5 21 1810 4-10 7-20 0,36 1,15 1,20 1,58 2,3 150 5,3 79 15 3 23 1800 4-00 7-15 0,35 1,09 1,15 1,45 2,3 141 7,0 80 20 0 20 1805 4-40 7-45 0,27 1,20 1,24 1,67 2,4 155 3,1 77 20 1,5 21 1800 4-35 7-30 0,25 1,10 1,21 1,54 2,3 143 5,3 74 20 3 22 1790 4-30 7-25 0,74 1,02 1,1 1,46 2,2 138 6,9 75 25 0 18 1790 4-10 7-50 0,24 0,62 0,78 1,55 2,0 150 3,0 72 25 1,5 19 1780 4-05 7-40 0,21 0,54 0,63 1,46 2,2 136 5,0 69 25 3 19 1780 3-50 7-20 0,19 0,48 0,59 1,33 2,1 129 6,5 Склад суміші, % 5 10 Дані, зведені в таблиці 1, засвідчують, що додавання цеоліту до цементного розчину у кількості 10 % від загальної маси цементу забезпечує максимальне підвищення міцності на розтяг від 5 до 15 % на різних стадіях тужавіння в порівнянні з цементним розчином без добавок. Окрім того, домішка цеоліту сприяє зменшенню водовідділення та фільтрації, а введення латексу до цементного розчину сприяє пластифікації останнього, тобто збільшує межу розтічності та зменшує фільтрацію. Додавання на другому етапі досліджень у вибрану суміш базальтової фібри різної довжини дозволило отримати різні склади армованого тампонажного розчину, які наведені у Таблиці 2. 2 UA 69769 U Таблиця 2 Властивості тампонажних сумішей, армованих базальтовою фіброю Склад суміші, % Розтіч- ГусТерміни Межа міцності на Водо- Фільт- Міцність ність, тина, охоплення, розтяг (МПа) у віці відстій, рація, на зчеп3 3 см кг/м год-хв. % см /30 лення хв. через2 Це- Цео- Латекс Базальтова поча- кінець 2 7 14 28 доби, мент літ синтефібра ток доби діб діб діб МПа тичний довжиною (сухий) 6 мм 12 мм 100 0 0 3 0 22 1850 5-10 8-20 1,5 1,6 2,8 3,2 4,4 163 3,0 5 0 21,3 1875 5-00 8-20 1,6 2,2 2,9 3,3 4,2 152 2,9 7 0 20,3 1880 5-10 8-30 1,9 2,5 3,2 3,9 4,1 101 3,1 0 3 22,3 1865 5-10 8-25 1,5 2,0 2,6 2,4 4,2 192 2,8 0 5 22,2 1880 5-05 8-10 2,1 2,6 2,7 3,0 4,4 175 3,0 0 7 21,7 1885 5-00 8-10 2,7 3,2 3,0 4,15 4,3 151 3,3 87 10 1,5 3 0 21 1815 4-50 7-40 1,6 1,6 3,0 3,4 2,6 151 5,7 5 0 19 1810 4-30 7-30 1,62 2,9 3,2 3,5 2,5 150 5,8 7 0 15 1795 5-00 7-50 2,2 2,8 3,6 4,3 2,6 148 5,5 0 3 20 1810 4-50 7-30 1,52 2,2 2,9 2,8 2,4 150 5,4 0 5 18 1800 4-20 7-30 2,2 2,9 3,2 3,6 2,1 155 5,7 0 7 16 1790 4-40 7-45 2,9 3,8 4,0 5,1 2,5 152 5,6 5 10 15 20 25 30 Отримані результати засвідчують, що при збільшенні вмісту фібри більше 5,0 % від загальної маси суміші розтічність розчину стає меншою 18 см, тобто не відповідає ДСТУ БВ.2.786-99. Окрім того, збільшення довжини голки супроводжується утворенням грудок, які можуть спричинити ускладнення при закачуванні суміші в свердловину. Додавання базальтової фібри збільшує також і міцність цементного каменю на розтяг у 1,5-2,0 рази. Таким чином сукупністю відомих і пропонованих суттєвих ознак і їх причинно-наслідковим зв'язком отримано новий армований тампонажний розчин для цементування низькотемпературних нафтових та газових свердловин, який відповідає вимогам поставленої задачі корисної моделі. Армований тампонажний розчин для низькотемпературних свердловин готують наступним чином. Як приклад, до відомого портландцементу для «холодних» свердловин ПЦТ-І-50 Здолбунівського цементного заводу додають суміш цеоліту Закарпатського цеолітового заводу, який має склад SiO2 - 66,9 %, Аl2О3 - 11,79 %, Fe2O3 - 1,31 %, K2О - 2,89 %, Na2O - 1,7 %, СаО 1,96 %, ТiO2 - 0,16 %, синтетичний латекс, як приклад, водну дисперсію каучукоподібних 3 високомолекулярних сполук густиною 1060 кг/м , рН = 8,2 з масовою часткою сухого компонента 50 % і базальтову фібру, довжиною голки 6 мм і діаметром 40 мкм, яка має хімічний склад SiO2 45-50 %, Аl2О3 - 10-20 % і FeO+ Fe2O3+MgO - до 20 % при наступному співвідношенні компонентів суміші, мас. %: Склад за прикладом 1. Портландцемент ПЦТ-І-50 - 88,8; цеоліт - 8,0; синтетичний латекс - 0,2; базальтова фібра 3,0. Склад за прикладом 2. Портландцемент ПЦТ-І-50 - 86,65; цеоліт - 9,0; синтетичний латекс -0,35; базальтова фібра 4,0. Склад за прикладом 3. Портландцемент ПЦТ-І-50 - 84,5; цеоліт - 10,0; синтетичний латекс -0,5; базальтова фібра 5,0; Армований тампонажний розчин для цементування низькотемпературних нафтових та газових свердловин, за складами 1, 2 і 3 відповідає властивостям тампонажних сумішей, наведених у Таблиці 2, які значно перевищують якісні показники розчинів у порівнянні з прототипом і аналогом, порівняльні властивості яких наведені в Таблицях 3 і 4. 35 3 UA 69769 U Таблиця 3 Властивості прототипу Терміни Міцність тужавіння, годна Міцність Розтіч- Густина, хв. зчеплення зчеплення 3 ність, см кг/м через 2 через 2 Суперпластифікатор доби, доби, МПа Цемент Цеоліт Гіпс початок кінець С-3 МПа 30 20 2 50 21,5 1760 1-12 3-17 3,3 4,7 Склад суміші, % Таблиця 4 Властивості аналога Склад суміші, % Цемент 98 5 Латекс Розтічність, см 2 21,5 Густина, 3 кг/м 1845 Терміни схоплення, год-хв. Міцність на стиск через 2 початок кінець доби, МПа 14-30 15-30 3,3 Міцність зчеплення через 2 доби, МПа 5,1 Пропонований армований тампонажний розчин для цементування низькотемпературних нафтових та газових свердловин забезпечує седиментаційну стійку тампонажну композицію, здатну збільшити термін безаварійної експлуатації свердловини та забезпечити якісну герметизацію міжколонного простору свердловин упродовж тривалого періоду їх експлуатації. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 Армований тампонажний розчин для низькотемпературних нафтових та газових свердловин, що містить в складі компонентів портландцемент, дрібнодисперсну кремнієорганічну домішку цеоліт, пластифікуючу і адгезійну домішку, який відрізняється тим, що склад компонентів як пластифікуючу та адгезійну домішки містить синтетичний латекс і додатково містить армуючу добавку - базальтову фібру, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: цеоліт 8,0-10,0 синтетичний латекс 1,0-1,5 базальтова фібра 3,0-5,0 портландцемент ПЦТ-І-50 88,8-84,5. 15 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 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