тампонажный состав

Формула изобретения

Тампонажный раствор, включающий цемент, воду и добавку, отличающийся тем, что в качестве указанной добавки он содержит побочный продукт от производства гептила следующего состава, мас.%:

Натрий серно-кислый Na2 SO4	95,5-97,0
Нитрат натрия NaNO3	0,5-1,0
Хлористый натрий NaCl	0,6-1,2
Серно-кислый кальций CaSO4	0,4-1,0
Нитрит натрия NaNO 2	Не более 0,5
Оксид железа Fe2O3	Не более 0,03
Ионы магния Mg2+	Не более 0,1
Нерастворимый в воде остаток	Не более 0,4

при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Цемент	100
Указанный побочный продукт
от производства гептила	2,0-5,0
Вода	40-50

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к тампонажным растворам, предназначенным для цементирования скважин в нефтяной и газовой промышленности.

Известен тампонажный раствор, содержащий тампонажный портландцемент, конденсированную сульфитспиртовую барду (КССБ) в количестве от 0,1 до 0,7% к массе портландцемента и воду при водоцементном отношении от 0,5 до 0,4 [Данюшевский B.C. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам. - М.: Недра, 1987, с.53].

Тампонажный раствор не обеспечивает необходимых сроков схватывания и прочности цементного камня.

Наиболее близким к предлагаемому составу, по назначению и совокупности существенных признаков, является тампонажный раствор, содержащий портландцемент, воду и нитрит натрия, содержащий добавку - жидкость плотностью 1183 кг/м ³, с концентрацией следующих реагентов, мас.%:

нитрит натрия	15,2...22,3
нитрат натрия	0,69...1,96
сульфат натрия	4,76
хлорид натрия	0,08...8,25
карбонат натрия	0,40...1,5 7

При следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.:

цемент	100
указанная добавка	20...30
вода	20...30

Недостатками известного тампонажного раствора являются его низкая пластичность (растекаемость) и короткое время схватывания, что приводит к существенному ухудшению прокачиваемости цементного раствора, нарушению сплошности цементного камня в кольцевом пространстве и, как результат, снижению качества крепления скважин.

Задачей изобретения является повышение качества крепления скважин за счет использования пластичного цементного раствора с регулируемым временем схватывания, обеспечивающим высокие прочностные и адгезионные свойства цементного камня.

Для решения указанной задачи тампонажный раствор, включающий портландцемент, воду и добавку, в качестве указанной добавки содержит побочный продукт производства гептила с концентрацией следующих ингредиентов, мас.%:

натрий сернокислый (Na2 SO4)	95,0...97,0
нитрат натрия (NaNO3 )	0,5...1,0
хлористый натрий (NaCl)	0,6...1,2
сернокислый кальций (CaSO4)	0,4...1,0
нерастворимый в воде остаток	не более 0,4
ионы магния (Mg2+)	не более 0,1
оксид железа (Fe 2О3)	не более 0,03
нитрит натрия (NaNO 2)	не более 0,5
вода	не более 1,0

При следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

цемент	100
указанная добавка	2,0...5,0
вода	40...50

Побочный продукт производства гептила выпускается в виде порошка белого цвета по ТУ 2141-114-05766575-2004.

Достигаемый при осуществлении изобретения технический результат - одновременное повышение пластичности (растекаемости) цементного раствора, сокращение времени его схватывания, а также повышениие прочностных и адгезионных свойств цементного камня обусловлен комбинированным влиянием солей предлагаемой добавки на основные стадии формирования цементного камня: растворение оксидов кальция и кремния, их взаимодействие в растворе и кристаллизацию образовавшихся силикатов.

Результаты лабораторных исследований показали, что побочный продукт производства гептила целесообразно применять в количестве 2,0-5,0 мас.ч. к цементу. Меньшее количество (менее 2,0 мас.ч.) его в цементе не оказывает существенного влияния на время схватывания цементного раствора, а также прочностные и адгезионные характеристики цементного камня. Увеличение количества побочного продукта производства гептила в цементе (свыше 5,0 мас.ч.) существенно ускоряет время начала схватывания цементного раствора - до 1 ч, что является неприемлемым для проведения ремонтно-изоляционных и ремонтно-восстановительных работ в нефтяных и газовых скважинах.

Сравнение заявляемого тампонажного раствора с прототипом свидетельствует о том, что предлагаемый состав обладает новым качественным и количественным свойством, поэтому заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения «новизна».

Для проведения лабораторных исследований использовали портландцемент по ГОСТ 1581-91. Приготовление тампонажных растворов и определение их основных технологических параметров: растекаемость, время схватывания проводили согласно ГОСТ 26798.1-85; прочность цементного камня - по ГОСТ 26798.2-85. Пластифицирующий эффект от предлагаемого тампонажного раствора оценивали по сравнению с бездобавочным цементным раствором (ПЭ₁] или прототипом (ПЭ₂) по формуле:

,

Д₁ - растекаемость предлагаемого тампонажного раствора;

Д₂ - растекаемость бездобавочного тампонажного раствора (или прототипа) при одинаковом водоцементном отношении.

Цементный тампонажный состав готовился следующим образом. Навеску побочного продукта производства гептила смешивали с пресной водой и полученной смесью затворяли цемент. Для испытания было приготовлено несколько предлагаемых составов с различными соотношениями ингредиентов (см. таблицу 1). Все измерения проводились при температуре 22±2°С.

В таблице 2 приведены характеристики цементного раствора и цементного камня на основе предлагаемых составов и известного, а также цемента без добавок.

Видно, что с увеличением количества побочного продукта производства гептила с 2,0 до 5,0 мас.ч. увеличивается растекаемость цементного раствора, при этом пластифицирующий эффект предлагаемого раствора по сравнению с прототипом возрастает на 28-39%, а по сравнению с цементом без добавки - на 15-25%. Время начала схватывания изменяется в интервале 6-2 ч. Прочностные и адгезиионные характеристики цементного камня остаются на высоком уровне. Оптимальные характеристики цементного раствора и цементного камня достигаются при добавлении побочного продукта производства гептила в количестве 3,0 мас.ч. к цементу. При этом время начала схватывания цементного раствора составляет 4 ч, пластифицирующий эффект по сравнению с прототипом равен 33%, прочность на изгиб, сжатие достигает соответственно 5,4; 15,5 МПа, адгезия цементного камня к поверхности породы, металла и старого цементного камня выше, чем у прототипа.

Полученные данные свидетельствуют о том, что по сравнению с прототипом предлагаемый тампонажный состав является высокопластичным, обладает оптимальным временем схватывания и обеспечивает высокие прочностные и адгезионные свойства цементного камня.

Таким образом, применение предлагаемого цементного раствора в нефтегазодобывающей промышленности позволит повысить качество цементирования и долговечность крепи скважины.

Таблица 1 Компоненты предлагаемого тампонажпого состава и ингредиенты побочного продукта производства гептила
Тампонажный состав	1		2		3		4		5
цемент, мас.ч.	100		100		100		100		100
вода, мас.ч.	40		45		50		50		50
побочный продукт производства гептила, мас.ч. (мас.%):	2,0	(100)	2.5	(100)	3,0	(100)	5,0	(100)	0
натрий сернокислый (Na 2SO4)	1,900	(95,00)	2,425	(97,00)	2,880	(96,00)	4,800	(96,00)	-
нитрат натрия (NaNO 3)	0,020	(1,00)	0,013	(0,50)	0,021	(0,70)	0,035	(0,70)	-
хлористый натрий (NaCl)	0,024	(1,20)	0,015	(0,60)	0,030	(1,00)	0,050	(1,00)	-
сернокислый кальций (CaSO 4)	0,020	(1,00)	0,010	(0,40)	0,018	(0,80)	0,030	(0,80)	-
нерастворимый в воде остаток	0,008	(0,40)	0,005	(0,20)	0,009	(0,30)	0,015	(0,30)	-
ионы магния (Mg2+ )	0,002	(0,10)	0,003	(0,10)	0,002	(0,05)	0,003	(0,05)	-
оксид железа (Fe2О3 )	0,001	(0,03)	0,000	(0,00)	0,001	(0,02)	0,001	(0,02)	-
нитрит натрия (NaNO2)	0,010	(0,50)	0,013	(0,50)	0,009	(0.30)	0,015	(0,30)	-
вода	0,015	(0,77)	0,017	(0,70)	0,050	(0,83)	0,051	(0,83)	-

Таблица 2
Свойства цементного раствора и цементного камня по предлагаемому и известному тампонажным составам
Тампонажный состав	Растекаемость, см	Время схватывания, ч-мин		Прочность цементного камня через 2 сут, МПа		Адгезия цементного камня через 2 сут, МПа			ПЭ 1,%	ПЭ2 ,%
		начало	конец	на изгиб	на сжатие	к породе	к металлу	к цементу
1	23,0	6-00	8-00	4,5	12,5	1,14	1,05	1,11	15	28
2	24,0	5-30	7-30	4,9	13,3	1,20	1,22	1,23	20	33
3	24,0	4-00	6-00	5,4	15,5	1,41	1,56	1,38	20	33
4	25,0	2-00	3-00	5,0	14,4	1,35	1,33	1,26	25	39
5	20,0	8-00	10-00	3,7	9,4	0,98	0,82	0,72	-	-
прототип	18,0	1-15	2-30	5,2	15,8	1,00	1,40	0,90	отсутствует
ПЭ1 - пластифицирующий эффект по отношению к цементу без добавки ПЭ2 - пластифицирующий эффект по отношению к прототипу