RU2802474C1 - Гипсоцементный тампонажный раствор - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности к тампонажным растворам, предназначенным для создания изолирующих экранов при ликвидации поглощений в интервалах слабосцементированных и рыхлых пород с аномально низким пластовым давлением и низким градиентом гидроразрыва (менее 0,0120 МПа/м). Гипсоцементный тампонажный раствор содержит, мас.%: высокопрочный гипс марки ГВВС-19 29,74-35,69; микроцемент 1,78-8,92; стеклянные микросферы марки Granulight GS 2,97-10,11; алюмосиликатные микросферы марки Гранулайт-2500 7,73-17,85; микрокремнезем конденсированный МК-85 2,97-5,95; пластификатор марки Easy Flow PC 0,01-0,09; жидкость затворения - 40,44-40,47. Обеспечивается получение гипсоцементного тампонажного раствора с плотностью 1100±60 кг/м³, характеризующегося высокой седиментационной устойчивостью и коротким периодом гидратации раствора. 1 табл.

Description

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности к тампонажным растворам, предназначенным для создания изолирующих экранов при ликвидации поглощений в интервалах слабосцементированных и рыхлых пород с аномально низким пластовым давлением и низким градиентом гидроразрыва (менее 0,0120 МПа/м).

Известна сырьевая смесь для получения облегченного тампонажного раствора для крепления обсадных колонн в условиях нормальных и аномально-низких пластовых давлений, а также в интервалах с преобладанием многолетних мерзлых пород содержащая, мас.%: тампонажный портландцемент 38-53,5; полые керамические микросферы 10,7-22,8; комплексная добавка «Мurароr Combi 756» 0,114-0,16; жидкость затворения - вода или 2-8%-ный раствор хлорида натрия или хлорида кальция - остальное [RU 2472835 С1, МПК С09K 8/467, опубл. 20.01.2013].

Недостатком известного изобретения является низкая седиментационная устойчивость раствора.

Известен облегченный тампонажный раствор, используемый при цементировании нефтяных и газовых скважин, осложненных наличием пластов с аномально низкими пластовыми давлениями содержащий, мас.%: клинкер - 50; гипс - 2,5; трепел - 35; запечная пыль с электрофильтров - 12,5; ПОХА - 1,3-1,5% сверх 100%, при водоцементном отношении - 1,3 [RU 2230883 С2, МПК Е21В 33/138, опубл. 20.06.2004]/

Недостатком известного изобретения является относительно небольшой предел прочности камня.

Известна тампонажная смесь, относящаяся к строительству скважин и их капитальному ремонту, а именно при креплении обсадных колонн и создании флюидоупорных изоляционных покрышек в интервале хемогенных отложений, а также к процессу эксплуатации месторождений и ликвидации скважин содержащая, мас.%: полуводный гипс 50,00-53,95; «Микродур-26RС» 2,00-8,50; рассол хлористого натрия с удельным весом 1,18 г/см³ 41,42-44,00; НТФ 0,05-0,08 [RU 2304606 С1, МПК С09K 8/487, опубл. 20 08.2007].

Недостатками известного изобретения является относительная высокая плотность и минимальные значения растекаемости получаемого тампонажного раствора.

Известен облегченный тампонажный раствор, используемый при цементировании обсадных колонн газовых, газоконденсатных или нефтяных скважин, осложненных наличием слабосвязанных, склонных к гидроразрыву пород, содержащий, мас.%: портландцемент тампонажный 36,47-57,34, алюмосиликатные полые микросферы 6,47-17,65, карбоалюминатная добавка 1,18-2,67; гипс 1,18-2,67; вода или 4%-ный раствор хлористого кальция - остальное [RU 2151271 С1, МПК Е21В 33/138, опубл. 20.06.2000]. Облегченный тампонажный раствор характеризуется расширением и оптимальными прочностными показателями камня.

Недостатком известного изобретения является длительный период гидратации.

Наиболее близким является цементный раствор для цементирования нефтяной скважины и подобной скважины, имеющий плотность в пределах 0,9-1,3 г/см³, состоящий из твердой фракции и жидкой фракции и имеющий плотность (объемное отношение жидкой фракции к твердой фракции) в пределах 38-50%, при этом указанная твердая фракция содержит следующее: 60-90 об.% легких частиц, имеющих средний размер в пределах 20-350 микрон (мкм); 10-30 об.% микроцемента, имеющего средний диаметр частиц в пределах 0,5-5 мкм; 0-20 об.% портландцемента, имеющего частицы со средним диаметром в пределах 20-50 мкм; и 0-30 об.% гипса [ЕА 003917 В1, МПК С04В 28/02, Е21В 33/13, С04 В 28/08, опубл. 30.10.2003]. Полученный камень из известного цементного раствора обладает улучшенными механическими свойствами в сравнении с пеноцементными растворами.

Недостатком цементного раствора является отсутствие в составе материала обеспечивающего водостойкость камня.

Техническая проблема, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении качества работ по ликвидации поглощений в интервалах, обусловленных наличием слабосцементированных и рыхлых пород с аномально низкими пластовым давлением и низким градиентом гидроразрыва (менее 0,0120 МПа/м).

Техническим результатом является создание гипсоцементного тампонажного раствора с плотностью 1100±60 кг/м³, характеризующегося коротким периодом гидратации раствора и достаточной прочностью камня для создания изолирующего экрана.

Указанный технический результат достигается тем, что гипсоцементный тампонажный раствор включает гипс, микроцемент, легкие частицы и жидкость затворения, новым является то, что используют высокопрочный гипс марки ГВВС-19, в качестве легких частиц используют стеклянные микросферы марки Granulight GS и алюмосиликатные микросферы марки Гранулайт-2500, и дополнительно гипсоцементный тампонажный раствор содержит микрокремнезем конденсированный марки МК-85, пластификатор марки Easy Flow PC, а в качестве жидкости затворения используют техническую воду или 4%-ные водные растворы хлористых солей, при следующем соотношении указанных компонентов, мас.%:

высокопрочный гипс ГВВС-19	29,74-35,69
микроцемент	1,78-8,92
указанные стеклянные микросферы	2,97-10,11
указанные алюмосиликатные микросферы	7,73-17,85
микрокремнезем конденсированный МК-85	2,97-5,95
указанный пластификатор	0,01-0,09
жидкость затворения - техническая вода или
4%-ные водные растворы хлористых солей	40,44-40,47

Достижение указанного технического результата обеспечивается за счет определенного сочетания компонентов (количественного и качественного) в заявляемом гипсоцементном тампонажном растворе и совокупности необходимых физико-химических процессов, происходящих при формировании камня.

Функциональным назначением высокопрочного гипса марки ГВВС-19 в составе заявляемой смеси является ускорение процесса гидратации раствора.

Стеклянные и алюмосиликатные микросферы в заявляемой смеси выполняют функцию облегчения плотности раствора. Наличие микронизированного цемента обеспечивает процесс кристаллизации новообразований и получение прочного цементного камня.

Наличие аморфного микрокремнезема в составе смеси обеспечивает стабилизацию реологических показателей раствора и водостойкость камня.

Введение пластификатора позволяет повысить растекаемость приготавливаемого раствора.

Предлагаемое количественное соотношение компонентов и последующие реакции между ними после затворения позволяют получить облегченный тампонажный раствор, обладающий коротким периодом гидратации раствора и достаточной прочностью камня. Таким образом, потенциальное использование данного раствора позволит решить техническую проблему в повышении качества работ по ликвидации поглощений, в интервалах, обусловленных наличием слабосцементированных и рыхлых пород с аномально низкими пластовым давлением и низким градиентом гидроразрыва (менее 0,0120 МПа/м).

Приготовление предлагаемого гипсоцементного тампонажного раствора осуществляется с использованием следующих компонентов:

- высокопрочный гипс марки ГВВС-19 производимый по ГОСТ 125-2018 - вяжущее гипсовое высокопрочное сепарированный;

- микронизированный цемент (микроцемент) по ТУ 5739-021-80338612-2014, который предназначен для строительства скважин, упрочнения массивов грунтов, железобетонных и каменных конструкций. К микроцементам относятся продукты с размером частиц менее 20 микрон и с удельной поверхностью свыше 650 м²/кг. Микроцемент изготавливается путем тонкого измельчения и классификации тампонажного цемента ПЦТ I-G-CC-1 ГОСТ 1581 или портландцемента ЦЕМ I 42,5 Н ГОСТ 31108 с добавлением сульфатостойких добавок;

- микросферы марки Гранулайт-2500 по ТУ 5712-010-80338612-2008, производитель ООО «Гранула», представляют собой полые микросферы мелкодисперсный порошок, состоящий из полых частиц сферической формы следующего минералогического состава: стекло - 12-15%, муллит - 50-53%, кварц - 32-38%. Цвет - белый с легким сероватым или кремовым оттенком, светло-серый, серый, темно-серый. Твердость по шкале Мооса - 6. Кажущаяся плотность - 065-0,85 г/см³. Предназначены для изготовления тампонажных цементных смесей, буровых растворов, огнеупорных, звуко- и теплоизоляционных материалов, в качестве легких заполнителей (облегчающей добавки для получения систем с низкой плотностью) в бетоны, сухие строительные смеси, цементные смеси. Микросферы образуются при сжигании каменного угля, выделяемые сепарацией методом флотации и последующей технологической обработкой;

- стеклянные микросферы Granulight GS по ТУ 5759-039-80338612-2015, производитель ООО «Гранула», характерными свойствами являются низкая истинная плотность 0,35-0,39 г/см³. Основу продукта производитель не раскрывает. Указанный компонент выбран и применен в составе предлагаемого тампонажного раствора, основываясь на ранее полученных результатах лабораторных испытаний при приготовлении составов тампонажных растворов;

- микрокремнезем конденсированный марки МК-85 по ТУ 14-142-023-00186476-2020 - предназначен для применения в качестве высокоактивной минеральной добавки к бетону и цементу, поставляется в неуплотненной форме. Микрокремнезем конденсированный представляет собой ультрадисперсный материал, состоящий из частиц сферической формы, получаемый в процессе очистки газов, поступающих от печей при производстве кремнийсодержащих сплавов. Основным компонентом материала является диоксид кремния аморфной модификации. Микрокремнезем конденсированный неуплотненный получается путем отбора материала с рукавных фильтров систем газоочистки печей, выплавляющих кремнийсодержащие сплавы. Внешний вид - ультрадисперсный порошок серого цвета;

- пластификатор марки Easy FLOW PC по ТУ 2458-027-33217677-2017 представляет собой смесь полимеров на основе поликарбоксилатов, предназначен для снижения вязкости и улучшения прокачиваемости тампонажных растворов, а также для снижения гидродинамических давлений при цементировании обсадных колонн. Представляет собой белый порошок с массовой долей влаги не более 10%,

- в качестве жидкости затворения используют техническую воду или 4%-ные водные растворы хлористых солей, например, 4%-ный раствор хлорида натрия или 4%-ный раствор хлорида кальция.

Технологические свойства раствора и камня определялись в соответствии с ГОСТ 34532-2019 «Цементы тампонажные. Методы испытаний».

Гипсоцементный тампонажный раствор в лабораторных условиях готовили следующим образом.

Вначале в заданных соотношениях смешивают сухие компоненты, полученный материал тщательно перемешивают вручную для гомогенизации. Затем производят затворение материала технической водой в смесителе лабораторном СЛ-1 согласно ГОСТ 34532-2019 и определяют технологические свойства полученного раствора и сформированного камня.

Пример. Для приготовления предлагаемого раствора (таблица, состав 4) необходимо 35,69 мас.% высокопрочного гипса марки ГВВС-19; 2,97 мас.% микроцемента, 5,96 мас.% стеклянных микросфер марки Granulight GS; 11,90 мас. % алюмосиликатных микросфер марки Гранулайт-2500, 2,97 мас.% микрокремнезема конденсированного МК-85; 0,06 мас.% пластификатора марки Easy Flow PC, взвешенные сухие компоненты перемешивают до получения гомогенной смеси. Далее из полученной тампонажной смеси приготавливают тампонажный раствор путем затворения смеси 40,45 мас.% технической водой/ Затворение производят на лабораторном смесителе СЛ-1. После перемешивания определяют следующие параметры (условия испытания - температура 22°С и давление 0,1 МПа) в течение трех минут определяют плотность (кг/м³), растекаемость (мм), водоотделение (мл), время загустевания (мин) и сроки схватывания (мин) полученного раствора. Оставшуюся часть раствора заливают в формы-балочки для определения предела прочности камня (МПа) при изгибе и сжатии и хранят в течениt 48 часов.

Приготовленный раствор имеет плотность 1,15 г/см³, растекаемость 254 мм, водоотделение 0,0 мл, время загустевания до 30 Вс составляет 57 мин, начало и конец схватывания раствора через 72 и 82 мин после затворения, предел прочности камня при изгибе составляет 0,97 МПа и при сжатии 1,78 МПа.

Примеры приготовления и испытания остальных составов, приведенных в таблице, аналогичны вышеописанному.

Как видно из представленной таблицы, заявляемый гипсоцементный тампонажный раствор, включающий высокопрочный гипс марки ГВВС-19, микроцемент, алюмосиликатные микросферы марки Гранулайт-2500, стеклянные микросферы марки Granulight GS, микрокремнезем конденсированный марки МК-85, пластификатор марки Easy Flow PC, в качестве жидкости затворения используют техническую воду или 4%-ные водные растворы хлористых солей, например, 4%-ный раствор СаСl₂ или 4%-ный раствор NaCl при указанном соотношении компонентов превосходит известные аналоги, а именно характеризуется высокой седиментационной устойчивостью и коротким периодом гидратации раствора.

Для выявления отличительных признаков и заявляемого технического результата изменяли массовые соотношения компонентов (таблица, составы 17-21). В случае запредельных соотношений компонентов предлагаемого раствора приготавливаемые растворы характеризуются неприемлемыми значениями растекаемости, например, менее 180 мм (таблица, состав 19), седиментационной неустойчивостью, например, более 4 мл (таблица, состав 21) и увеличенным периодом гидратации.

Таким образом, заявляемый гипсоцементный тампонажный раствор обеспечивает повышение качества работ по ликвидации поглощений в интервалах, обусловленных наличием слабосцементированных и рыхлых пород с аномально низкими пластовым давлением и низким градиентом гидроразрыва (менее 0,0120 МПа/м).

Claims (2)

1. Гипсоцементный тампонажный раствор, включающий гипс, микроцемент, легкие частицы и жидкость затворения, отличающийся тем, что используют высокопрочный гипс марки ГВВС-19, в качестве легких частиц используют стеклянные микросферы марки Granulight GS и алюмосиликатные микросферы марки Гранулайт-2500, и дополнительно гипсоцементный тампонажный раствор содержит микрокремнезем конденсированный марки МК-85, пластификатор марки Easy Flow PC, а в качестве жидкости затворения используют техническую воду или 4%-ные водные растворы хлористых солей, при следующем соотношении указанных компонентов, мас.%:
2. высокопрочный гипс ГВВС-19 29,74-35,69 микроцемент 1,78-8,92 указанные стеклянные микросферы 2,97-10,11 указанные алюмосиликатные микросферы 7,73-17,85 микрокремнезем конденсированный МК-85 2,97-5,95 указанный пластификатор 0,01-0,09 жидкость затворения - техническая вода или 4%-ные водные растворы хлористых солей 40,44-40,47