Розширний тампонажний матеріал для цементування свердловин в умовах впливу сольової агресії (кртм-пв)

Реферат: Розширний тампонажний матеріал для цементування свердловин в умовах впливу сольової агресії (КРТМ-ПВ) містить тампонажний матеріал КРТМ (що включає тампонажну суміш ТС-100 - 80-85 м. ч., шамотний пил - 15-20 м. ч. і армуючу домішку - 0,03-0,04 м. ч.), метасилікат натрію Na2SiO3, стабілізатор на основі ефірів целюлози (Walocell), пластифікатор полікарбоксилатного типу та піногасник DELFOAM. UA 97119 U (12) UA 97119 U UA 97119 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до будівництва нафтових і газових свердловин, а саме до тампонажних матеріалів, що використовують для цементування обсадних колон нафтових і газових свердловин при нормальних і помірних температурах в умовах впливу сольової агресії, зокрема у калій-магнієвих соляних породах (КМСП), а також при установленні цементних мостів під час споруджування та капітального ремонту свердловин. Відомі тампонажні матеріали, що у своєму складі містять кремнієвмісні компоненти, наприклад кварцовий пісок, що призначені для підвищення міцності цементного каменю при цементуванні нафтогазових свердловин в умовах підвищених температур та під впливом агресивного середовища [Новохатский Д.Ф. Об оптимальном составе термостойких тампонажных цементов. // Нефтяное хозяйство. - 1975. - № 4]. Однак такі тампонажні матеріали мають недостатню стабільність, насамперед, седиментаційну стійкість тампонажних суспензій, незадовільні міцність і корозійну стійкість цементного каменю в умовах хлор-магнієвої агресії. Високі показники водовідділення тампонажного розчину сприяють формуванню міграційних каналів, водяних поясів, неоднорідності ізоляційного екрана. Найбільш близьким по технічній суті і за результатом, що досягається, до запропонованого (тобто прототипом) є розширний тампонажний матеріал для цементування свердловин в умовах впливу сольової агресії - КРТМ [патент UA № 93800, Е 21В 33/138, опубл. 10.10.2014 р., бюл. № 19], що включає тампонажну суміш ТС-100 (80-85 м. ч.); шамотний пил (15-20 м. ч.) і армуючу домішку (0,03-0,04 м. ч.). Однак і для цього матеріалу характерні наявність водовідділення та високі значення водовіддачі тампонажного розчину, що може спричинити зростання ризиків виникнення ускладнень під час цементування свердловин в умовах прояву сольової агресії при наявності у розрізі високопроникних горизонтів. В основу корисної моделі поставлено задачу досягти підвищення якості, довговічності та надійності кріплення свердловин шляхом підбору і введення додаткових компонентів до відомого тампонажного матеріалу КРТМ забезпечити створення розширного тампонажного матеріалу, розчин на основі якого характеризується нульовим водовідділенням, пониженою водовіддачею, стабільністю, покращеними реологічними параметрами, а цементний камінь має підвищені міцнісні характеристики (зокрема, ранню міцність) та є корозійностійким. Поставлена задача вирішують за рахунок того, що розширний тампонажний матеріал для цементування свердловин в умовах впливу сольової агресії (КРТМ-ПВ) містить тампонажний матеріал КРТМ (що включає тампонажну суміш ТС-100-80-85 м. ч., шамотний пил - 15-20 м. ч. і армуючу домішку - 0,03-0,04 м. ч.) та додатково містить метасилікат натрію Na2SiO3, реагентстабілізатор на основі ефірів целюлози (Walocell), пластифікатор полікарбоксилатного типу і піногасник DELFOAM при наступному співвідношенні компонентів, м. ч.: тампонажний матеріал КРТМ 100 метасилікат натрію Na2SiO3 1,0-1,5 стабілізатор на основі ефірів 0,12-0,15 целюлози (Walocell) пластифікатор 0,15-0,25 полікарбоксилатного типу піногасник DELFOAM 0,2. Суттєвими відмінними ознаками корисної моделі є те, що розширний тампонажний матеріал для цементування свердловин в умовах впливу сольової агресії (КРТМ-ПВ), що містить тампонажний матеріал КРТМ (що включає тампонажну суміш ТС-100-80-85 м. ч., шамотний пил - 15-20 м. ч. і армуючу домішку - 0,03-0,04 м. ч.), згідно з корисною моделлю, додатково містить метасилікат натрію Na2SiO3, стабілізатор на основі ефірів целюлози (Walocell), пластифікатор полікарбоксилатного типу та піногасник DELFOAM, при наступному співвідношенні компонентів, м. ч.: тампонажний матеріал КРТМ 100 метасилікат натрію Na2SiO3 1,0-1,5 стабілізатор на основі ефірів 0,12-0,15 целюлози (Walocell) пластифікатор 0,15-0,25 полікарбоксилатного типу піногасник DELFOAM 0,2. Для приготування розширного тампонажного матеріалу для цементування свердловин в умовах впливу сольової агресії (КРТМ-ПВ) застосовують: 1 UA 97119 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 - розширний тампонажний матеріал КРТМ, що, згідно з заявкою на корисну модель № u 2014 05834 (МПК Е21В33/138, позитивне рішення від 21 серпня 2014 p.), містить тампонажну суміш ТС-100-80-85 м. ч., шамотний пил - 15-20 м. ч. і армуючу домішку - 0,03-0,04 м. ч. Застосування КРТМ сприяє розширенню цементного каменю, покращанню його міцнісних характеристик, а також забезпеченню його корозійної стійкості; - метасилікат натрію - Na2SiO3 - порошок білого або сіруватого кольору. Метасилікат натрію (МСН) характеризується кристалічною формою. Мольне відношення SiO 2 до Na2O становить 1:1. У складі тампонажних сумішей сприяє ранній міцності цементного каменю; - стабілізатор на основі ефірів целюлози (Walocell) - полімер метилгідроетилцелюлози у вигляді порошку білого кольору, розчинний у воді. Сприяє досягненню стабільності, седиментаційної стійкості тампонажної суспензії, забезпечує нульове водовідділення, а також понижену водовіддачу; - пластифікатор - це синтетичні, розчинні у воді поверхнево-активні ланцюгові або сітчасті полімери та співполімери. Пластифікатори нової генерації - полікарбоксилатного типу - вводять до складу тампонажної композиції з метою надання необхідних реологічних характеристик тампонажного розчину на її основі, зокрема забезпечення необхідної розтічності тампонажної суспензії. Пластифікатор може бути у вигляді рідини від світло-жовтого до темно-коричневого кольору або у вигляді порошку білого чи жовтого кольорів; - піногасник DELFOAM - порошок білого кольору, добре розчинний у воді, що зменшує поверхневий натяг рідини. Необхідна потреба піногасника для деаерації тампонажного розчину на основі КРТМ-ПВ становить 0,2 м. ч. Тампонажна композиція на основі запропонованого розширного тампонажного матеріалу для цементування свердловин в умовах впливу сольової агресії (КРТМ-ПВ) характеризується: - підвищеною стабільністю тампонажної суспензії, що характеризується нульовим водовідділенням; - пониженим значенням водовіддачі тампонажного розчину; - покращеними структурно-реологічними параметрами тампонажного розчину; - покращеними міцнісними характеристиками цементного каменю, у тому числі у ранньому віці (2-28 діб); - підвищенням корозійної стійкості цементного каменю. Запропонований розширний тампонажний матеріал готують наступним чином: у заводських умовах на спеціалізованих змішувальних вузлах усі порошкоподібні складові у необхідному пропорційному відношенні змішують до отримання однорідної суміші (згідно з технологією приготування сухих будівельних сумішей). Приготовлену однорідну суміш фасують у мішки або транспортують насипом з подальшим використанням під час цементування обсадних колон. Використання запропонованого КРТМ-ПВ полягає у простому замішуванні розрахункової кількості сухого тампонажного матеріалу у визначеній кількості рідини замішування до досягнення необхідної густини тампонажного розчину. Приклад приготування тампонажного розчину на основі запропонованого КРТМ-ПВ. В цементно-змішувальну машину завантажують необхідну кількість КРТМ-ПВ. За допомогою цементувального агрегату подають рідину замішування у кількості, необхідній для досягнення очікуваної густини тампонажного розчину (при потребі у рідину замішування вводять реагентсповільнювач чи інші модифікатори). Після цього для вирівнювання реологічних параметрів суспензію подають в осереднюючу ємність. Гомогенізований тампонажний розчин нагнітають у свердловину. Цементування свердловини із застосуванням розчину на основі запропонованого КРТМ-ПВ проводять за загальноприйнятою технологією. Порівняння характеристик розчинів на основі відомого - КРТМ (прототип) - та запропонованого тампонажного матеріалу - КРТМ-ПВ - наведено у таблиці. Приготовлено відому тампонажну суміш, а також дванадцять композицій на основі розширного тампонажного матеріалу КРТМ-ПВ згідно з корисною моделлю з граничними і середніми значеннями компонентів, а також з їх вмістом вище верхнього і нижче нижнього значення. Властивості приготовлених тампонажних сумішей тестовано згідно з ДСТУ Б В 2.7-86-99 "Портландцементи тампонажні. Методи випробувань" та ТУ У 26. 6-32571045-001-2011 "Сухі тампонажні суміші". У процесі проведення досліджень визначено показники технологічних характеристик тампонажного розчину (порівняно з прототипом - таблиця 1, дослід 1) - густину, розтічність, водовідділення, водовіддачу, час загуснення, а також властивості цементного каменю розширення, міцність при згинанні та стисканні в умовах впливу агресивного середовища. Аналіз наведених у таблиці даних свідчить, що вміст метасилікату натрію в кількості 1,0-1,5 м. ч. є оптимальним для забезпечення задекларованих технологічних властивостей тампонажного розчину та цементного каменю (досліди № 2-6, 8). Вміст Na2SiO3 менше 1 м. ч. 2 UA 97119 U 5 10 15 20 25 (дослід № 7) не призводить до зростання міцності цементного каменю у віці 2-28 діб. Вміст метасилікату натрію в кількості більше 1,5 м. ч. (2 м. ч. - досліди № 9, 10) не забезпечує технологічно необхідного часу цементування свердловини - не менше 5 год. (відповідно до змодельованих термобаричних і технологічних умов). Верхня границя вмісту стабілізатора на основі метилгідроксіетилцелюлози Walocell складає 0,15 м. ч. (досліди № 5, 6, 8). При вмісті продукту вище 0,15 м. ч. (дослід № 11) ускладнюється процес приготування тампонажного розчину на основі КРТМ-ПВ в результаті зростання його реологічних характеристик. Нижня границя полімерного реагенту на основі метилгідроксіетилцелюлози Walocel становить 0,12 м. ч. (досліди № 2, 3, 4). При вмісті стабілізатора на основі метилгідроксіетилцелюлози Walocell менше 0,12 м. ч. (дослід № 12) порушується седиментаційна стабільність системи. Вміст пластифікатора в межах 0,15-0,25 м. ч. (таблиця, досліди № 2-5, 8) є оптимальним для забезпечення технологічно-необхідної розтічності тампонажної суспензії під час приготування розчину в умовах свердловини (розтічність більше 200 мм). Вміст пластифікатора менше 0,15 м. ч. (дослід № 13) не забезпечує задекларовану розтічність тампонажної суспензії, а більше 0,25 (0,3 м. ч. - дослід № 6) недоцільно, оскільки не призводить до покращення параметрів тампонажної суспензії і цементного каменю на його основі. Вміст піногасника DELFOAM становить 0,2 м. ч. згідно з технічними умовами на його використання. Запропонований склад та спосіб отримання розширного тампонажного матеріалу КРТМ-ПВ є технологічно зручним під час виконання робіт з цементування свердловин та установлення цементних мостів. Технічний результат від застосування запропонованого розширного тампонажного матеріалу для цементування свердловин в умовах впливу сольової агресії (КРТМ-ПВ) при нормальних і помірних температурах полягає у підвищенні якості, довговічності та надійності кріплення свердловин за рахунок створення розширного тампонажного матеріалу, розчин на основі якого характеризується нульовим водовідділенням, пониженою водовіддачею, стабільністю, покращеними реологічними параметрами, а цементний камінь має підвищені міцнісні характеристики (зокрема, ранню міцність) та є корозійностійким. 30 Таблиця Складові тампонажних матеріалів, властивості розчинів на їх основі та цементного каменю Параметри тампонажного Час Міцність цементного каменю, МН/м2 розчину загуснення 2 доби 28 діб 180 діб 360 діб (умови цеменводоНомер тування плаводостапіногусти- розтічвіддосліду свердстивіддіКРТМ Na2SiO3 білігас- НТФК на, ність, дача, ловини: згин стиск згин стиск згин стиск згин стиск фікалення, 3 3 затор ник г/см мм см за t=60 °C, тор мл 30 хв. Р=40 МПа), год.-хв. Відомий тампонажний матеріал (100) 1 - 0,08 1,83 220 4,0 >450 5-35 6,2 20,8 7,4 24,2 8,8 29,4 9,7 31,3 КРТМ Запропонований тампонажний матеріал (100) 2 1 0,12 0,2 0,2 0,08 1,82 230 0 22 5-35 7,1 22,1 8,4 25,1 8,8 29,8 9,0 32,4 КРТМ (100) 3 1 0,12 0,15 0,2 0,08 1,82 200 0 18 5-00 7,0 21,6 8,0 23,9 8,6 28,7 9,5 31,8 КРТМ (100) 4 1 0,12 0,25 0,2 0,08 1,81 250 0 28 5-10 6,9 21,5 7,9 25,0 8,7 28,9 9,4 30,1 КРТМ (100) 5 1 0,15 0,2 0,2 0,08 1,81 220 0 16 5-25 6,5 21,4 8,3 24,4 8,7 29,2 9,2 31,0 КРТМ (100) 6 1 0,15 0,3 0,2 0,08 1,80 250 0 24 5-50 6,2 21,3 8,2 24,6 8,4 27,9 8,7 31,2 КРТМ (100) 7 0,5 0,12 0,2 0,2 0,08 1,82 240 0 20 5-55 5,5 19,1 КРТМ (100) 8 1,5 0,15 0,25 0,2 0,08 1,80 220 0 17 5-10 6,7 23,2 8,5 25,0 8,7 28,6 8,9 30,5 КРТМ Компоненти, м. ч. 3 UA 97119 U Продовження таблиці Складові тампонажних матеріалів, властивості розчинів на їх основі та цементного каменю Компоненти, м. ч. Номер досліду 9 10 11 12 13 стабіліКРТМ Na2SiO3 зато р (100) КРТМ (100) КРТМ (100) КРТМ (100) КРТМ (100) КРТМ Параметри тампонажного розчину водоплагусводопіно розтічвідститивіддігас- НТФК ність, дача, фікана, лення 3 ник мм см за тор г/см3 , мл 30 хв. Час Міцність цементного каменю, МН/м2 загуснення 2 доби 28 діб 180 діб 360 діб (умови цементування свердловини: згин стиск згин стиск згин стиск згин стиск t=60 °C, Р=40 МПа), год.-хв. 2 0,12 0,2 0,2 0,08 1,81 200 0 15 4-35 2 0,12 0,2 0,2 0,12 1,81 210 0,5 4-45 1,5 0,2 0,3 0,2 0,08 1,79 170 0 12 5-10 1,5 0,1 0,3 0,2 0,08 1,81 250 1,0 1 0,12 0,1 0,2 0,08 1,82 175 0 14 Примітки. НТФК (нітрилотриметилфосфонова кислота) - реагент-сповільнювач тужавіння тампонажного розчину, що забезпечує регулювання часу загуснення тампонажної суспензії. Границю міцності на вигин у віці 2, 28, 180, 360 діб досліджено після зберігання взірців у агресивному середовищі мінералізована пластова вода хлор-магнієвого типу густиною 1180 кг/м3. Розширення відомого тампонажного матеріалу та запропонованого становить 0,5 %. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Розширний тампонажний матеріал для цементування свердловин в умовах впливу сольової агресії (КРТМ-ПВ), що містить тампонажний матеріал КРТМ (що включає тампонажну суміш ТС100 - 80-85 м. ч., шамотний пил - 15-20 м. ч. і армуючу домішку - 0,03-0,04 м. ч.), який відрізняється тим, що додатково містить метасилікат натрію Na2SiO3, стабілізатор на основі ефірів целюлози (Walocell), пластифікатор полікарбоксилатного типу та піногасник DELFOAM, при наступному співвідношенні компонентів, м. ч.: тампонажний матеріал КРТМ 100 метасилікат натрію Na2SiO3 1,0-1,5 стабілізатор на основі ефірів целюлози (Walocell) 0,12-0,15 пластифікатор полікарбоксилатного типу 0,15-0,25 піногасник DELFOAM 0,2. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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