портландцемент тампонажный облегченный

Формула изобретения

1. Портландцемент тампонажный облегченный, содержащий тампонажный портландцемент, модифицирующую добавку и облегчающий наполнитель, отличающийся тем, что в качестве модифицирующей добавки использован водорастворимый полимер, включающий анионный полиакриламид с молекулярной массой 18-20 млн Дальтон и степенью гидролиза 20-25% и сополимер акриловой кислоты с 2-акриламид-2-метилпропансульфокислотой, при следующем соотношении компонентов, мас.%: тампонажный портландцемент 70-85; облегчающий наполнитель - 14,6-29,6; анионный полиакриламид 0,1-0,2; сополимер акриловой кислоты с 2-акриламид-2-метилпропансульфокислотой 0,1-0,2.

2. Портландцемент тампонажный облегченный по п.1, отличающийся тем, что в качестве облегчающего наполнителя использованы алюмосиликатные полые микросферы в количестве мас.%: 19,6-29,6.

3. Портландцемент тампонажный облегченный по п.1, отличающийся тем, что в качестве облегчающего наполнителя использован вспученный перлит в количестве мас.%: 14,6-24,6.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при цементировании обсадных колонн газовых, газоконденсатных или нефтяных скважин, осложненных наличием слабосвязанных, склонных к гидроразрыву пород.

Известен тампонажный материал, описанный в патенте РФ № 2235857 по кл. МПК⁷ E21B 33/138, опубл. 10.09.2004 г.

Известный тампонажный материал включает портландцемент, расширяющуюся добавку, гипс, ускоритель твердения, пластификатор, в качестве расширяющейся добавки содержит, по крайней мере, одну добавку из группы: глиноземистый, сульфоалюминатный цемент, алюминатсодержащие отходы-шлаки от производства ферротитана, ферробора, вторичной переплавки алюминия, в качестве пластификатора -смесь триэтаноламина и кремнеземсодержащей добавки многофункционального действия - КМХ в соотношении от 1:1 до 1:10 и облегчающую добавку, в качестве которой используют алюмосиликатные микросферы, или микрокремнезем, или вспученный вермикулит, или вспученный перлит при следующем соотношении компонентов тампонажного материала, мас.%: расширяющаяся добавка 2-15; гипс 7-9; ускоритель твердения 2-8; указанный пластификатор 0,3-0,8; облегчающая добавка 3-10; портландцемент - остальное. В качестве ускорителя твердения тампонажный материал может содержать хлористую соль щелочного или щелочноземельного элементов. Известный тампонажный материал предназначен для цементирования нормальных температурных газонефтяных скважин.

Недостатком данного материала является низкое содержание облегчающей добавки, что приводит к высокой плотности (1450-1500 кг/м³) тампонажного раствора. Такая плотность может привести к гидроразрыву пласта, поглощению тампонажного раствора и его недоподъему при цементировании скважины, что в свою очередь отрицательно скажется на продуктивности скважины.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому является облегченная тампонажная смесь, описанная в патенте РФ № 2255205 по кл. МПК⁷ Е21 В 33/138, oпубл. 27.06.2005 г.).

Известная облегченная тампонажная смесь включает следующие компоненты, мас.%:

портландцемент тампонажный 72,7-81,0, облегчающий наполнитель в виде алюмосиликатных микросфер - 11,7-14,6, модифицирующие добавки в виде микрокремнезема конденсированного неуплотненного МК-85 в качестве понизителя скорости фильтрации - 4,9-9,7, и гранулированного хлорида кальция - 2,4-3,1.

Указанная смесь характеризуется повышенными прочностными характеристиками цементного камня и низкими показателями фильтрации, при этом минимально возможная плотность тампонажного раствора составляет 1350 кг/м, что недостаточно низко для крепления большего количества эксплуатационных колонн скважин, строящихся в условиях аномально-низкого пластового давления. Кроме того, указанный тампонажный состав формирует безусадочный камень с недостаточными адгезионными характеристиками вследствие отсутствия эффекта расширения.

Задачей заявляемого изобретения является уменьшение плотности тампонажного раствора, улучшение прочностных и адгезионных характеристик.

Поставленная задача решается тем, что портландцемент тампонажный облегченный содержит тампонажный портландцемент, модифицирующую добавку и облегчающий наполнитель, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ, модифицирующая добавка представляет собой водорастворимый полимер, включающий анионный полиакриламид и сополимер акриловой кислоты с 2-акриламид-2-метилпропансульфокислотой, при следующем соотношении компонентов, масс.%: тампонажный портландцемент 70-85; облегчающий наполнитель- 14,6-29,6, анионный полиакриламид 0,1-0,2; сополимер акриловой кислоты с 2-акриламид-2-метилпропансульфокислотой 0,1-0,2.

При этом в качестве облегчающей добавки могут быть использованы алюмосиликатные полые микросферы в количестве масс.%: 19,6-29,6 или вспученный перлит в количестве масс.%: 14,6-24,6.

Использование большего количества облегчающего наполнителя алюмосиликатных полых микросфер или вспученного перлита данного гранулометрического состава дает необходимую плотность цементного теста с сохранением необходимой прочности цементного камня, а применение в качестве модифицирующей добавки водорастворимого полимера из смеси анионного полиакриламида и сополимера акриловой кислоты с 2-акриламид-2-метилпропансульфокислотой одновременно уменьшает водоотделение и увеличивает адгезионные характеристики смеси.

Технический результат - уменьшение плотности тампонажного раствора при сохранении прочности и адгезионных характеристик цементного камня.

Заявляемый облегченный тампонажный материал обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как использование в качестве модифицирующей добавки водорастворимого полимера, состоящего из анионного полиакриламида и сополимера акриловой кислоты с 2-акриламида-2-метилпропансульфокислотой. Применение в качестве облегчающего наполнителя алюмосиликатных полых микросфер или вспученного перлита при следующем соотношении компонентов, масс.%: тампонажный портландцемент 70-85;

алюмосиликатные полые микросферы - 19,6-29,6 или вспученный перлит - 14,6-24,6, анионный полиакриламид 0,1-0,2; сополимер акриловой кислоты с 2-акриламид-2-метилпропансульфокислотой 0,1-0,2, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.

Заявителю неизвестны технические решения, обладающие указанными отличительными признаками, обеспечивающими в совокупности достижение заданного технического результата, поэтому он считает, что заявляемый портландцемент тампонажный облегченный соответствует критерию «изобретательский уровень».

Заявляемый портландцемент тампонажный облегченный может найти широкое применение в области строительства нефтяных и газовых скважин, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».

Заявляемый портландцемент тампонажный облегченный содержит тампонажный портландцемент, модифицирующую добавку в виде водорастворимого полимера и облегчающий наполнитель. При этом водорастворимый полимер содержит анионный полиакриламид с молекулярной массой 18-20 млн Дальтон и степенью гидролиза 20-25%, сополимер акриловой кислоты с 2-акриламид-2-метилпропансульфокислотой, а в качестве облегчающего наполнителя использованы алюмосиликатные полые микросферы или вспученный перлит при следующем соотношении компонентов, масс.%,: тампонажный портландцемент 70-85; алюмосиликатные полые микросферы - 19,6-29,6 или вспученный перлит 14,6-24,6, анионный полиакриламид 0,1-0,2; сополимер акриловой кислоты с 2-акриламид-2-метилпропансульфокислотой 0,1-0,2.

В представленных ниже экспериментальных данных в портландцементе тампонажном облегченном использовали, в частности, портландцемент тампонажный ПЦТ 1-50 по ГОСТ 1581-96. Алюмосиликатные полые микросферы выпускаются по ТУ 5734-007-82957590-2011 и представляют собой легкий сыпучий порошок серого цвета, состоящий из отдельных полых частиц сферической формы размером в пределах 50-500 мкм, химический состав отражается формулой, мас.%: SiO₂ 55-65; Al ₂O₃ 20-30; Fe₂O₃ 1,5-3,0; CaO 2-4; MgO 1-1,5; Na₂O 0,5-1,2; K₂O 0,4-2,5. Перлит вспученный выпускается по ГОСТ 10832-2009 и представляет собой легкий сыпучий порошок, состоящий из отдельных полых частиц сферической формы размером в пределах 40-500 мкм, химический состав отражается формулой, мас.%: SiO₂ 68-76; Al ₂O₃ 11-15; Fe₂O₃ 0,5-2,0; CaO 0,5-1,5; Na₂O 2-5; K₂O 1,5-5. Водорастворимый полимер представляет собой органическую добавку, состоящую из анионного полиакриламида (молекулярная масса 18-20 млн. Дальтон и степенью гидролиза 20-25%) и сополимера акриловой кислоты с 2-акриламид-2-метилпропансульфокислотой зарубежного производства (AA/AMPS).

Из полученного сухого портландцемента тампонажного облегченного готовят тампонажный раствор путем добавления воды. В процессе затворения материала добавляют пеногаситель - трибутилфосфат (ТБФ) ТУ 2435-305-05763458-2001, в количестве 0,05% от общего количества смеси.

На базе полученного портландцемента тампонажного облегченного (пример № 1) был приготовлен тампонажный раствор и испытан при креплении двух эксплуатационных нефтяных скважин на Вать-Еганском и Тевлинско-Русскинском месторождениях Западной Сибири (интервал цементирования 0-2980 м). Цемент был поднят до проектной высоты без поглощений. Результаты контроля качества цементирования по обеим скважинам получены положительные.

Сравнительные данные свойств известного и предлагаемого состава приведены в таблице. Примеры № 1, 2 - соответственно при использовании алюмосиликатных микросфер и вспученного перлита, пример № 3 - по прототипу.

Как видно из представленных сравнительных экспериментальных данных (таблица), при одинаковом водоотделении и растекаемости, образующийся при затворении в обоих вариантах его выполнения цементное тесто обладает меньшей плотностью, при этом цементный камень обладает высокими значениями адгезией к ограничивающим поверхностям, а в примере № 2 и большей прочностью.

Применение предлагаемого портландцемента тампонажного облегченного позволяет понизить плотность цементного теста до необходимого уровня, при этом повысить прочность цементного камня (пример № 2) при высокой прочности сцепления с колонной и породой, и обеспечивает подъем тампонажного раствора по примеру № 1 до проектной высоты.

В сравнении с прототипом заявляемый портландцемент тампонажный облегченный имеет меньшую плотность цементного теста при затворении (примеры № 1, 2), при сохранении адгезионных характеристик и более высоких прочностных характеристик цементного камня (пример № 2).

Таблица
Состав, мас.%	Плотность, кг/м	Растекаемость	Прочность на изгиб через 2 сут, МПа	Водоотделение, мл	Адгезия ограничивающей поверхности, МПа
Предлагаемый облегченный тампонажный материал
Алюмосиликатные микросферы (пример № 1)	1260	270	1,3	0	2,7
Вспученный перлит (пример № 2)	1220	220	1,5	0	3,0
Известный облегченный тампонажный материал - прототип (пример № 3)
Портландцемент - 72,7 Алюмосиликатные микросферы-14,5 Микрокремнезем МК - 85-9,7 Хлорид кальция - 3,1	1350	233	1,3	0	Нет данных