ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2122627

ПЛАСТИФИКАТОР ТАМПОНАЖНЫХ РАСТВОРОВ

ПЛАСТИФИКАТОР ТАМПОНАЖНЫХ РАСТВОРОВ

Имя изобретателя: Цыцымушкин П.Ф.; Хайруллин С.Р.; Горонович С.Н.; Цыцымушкин А.П. 
Имя патентообладателя: Общество с ограниченной ответственностью "Волго-Уральский научно-исследовательский и проектный институт нефти и газа"
Адрес для переписки: 
Дата начала действия патента: 1997.01.06 

Изобретение относится к составу пластификатора тампонажных растворов на основе портландцемента и может быть использовано при цементировании нефтяных, газовых, геологоразведочных и геотермальных скважин. Пластификатор тампонажных растворов на основе портландцемента, содержащий производное сульфокислоты и поливиниловый спирт, в качестве производного сульфокислоты содержит суперпластификатор C-3 при следующем соотношении компонентов, мас.%: суперпластификатор C-3 68-88, поливиниловый спирт 12-32. Технический результат - получение стабилизированного тампонажного раствора с повышенным пластифицирующим эффектом и повышенным значением прочности цементного камня, а также снижение водосодержания и водоотдачи тампонажного раствора и значительное улучшение изолирующих свойств цементного камня, что способствует повышению долговечности крепи скважины.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к получению пластификаторов тампонажных растворов на основе портландцемента и может быть использовано при цементировании нефтяных, газовых, геологоразведочных и геотермальных скважин.

Известен пластификатор, содержащий конденсированную сульфитспиртовую барду (КССБ) и диэтиленгликоль (ДЭГ) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

КССБ - 60 - 88

ДЭГ - 20 - 40 [1].

Недостатками пластификатора являются пониженный пластифицирующий эффект и повышенное пенообразование при приготовлении тампонажного раствора.

Наиболее близким к заявляемому по назначению и совокупности существенных признаков является пластификатор тампонажных растворов на основе портландцемента, содержащий КССБ и поливиниловый спирт (ПВС) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

КССБ - 50 - 86

ПВС - 14 - 50 [2].

Недостатками данного пластификатора являются пониженный пластифицирующий эффект, пенообразрвание при приготовлении тампонажного раствора и высокое значение водоотдачи последнего.

Решаемая изобретением задача - повышение эффективности пластификатора.

Технический результат, который может быть получен при приготовлении тампонажного раствора с использованием предлагаемого пластификатора, заключается в снижении водоотдачи и жидкостно-цементного отношения при сохранении нормальной прокачиваемости раствора, что позволит повысить прочность цементного камня.

Для решения указанной задачи заявляемый пластификатор тампонажных растворов на основе портландцемента, включающий производное сульфокислоты и поливиниловый спирт, содержит в качестве производного сульфокислоты суперпластификатор С-3 при следующим соотношение компонентов, мас.%:

С-3 - 68 - 88

ПВС - 12 - 32

Новым в заявляемом пластификаторе является то, что в качестве производного сульфокислоты он содержит суперпластификатор С-3 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

С-3 - 68 - 88

ПВС - 12 - 32

Суперпластификатор С-3 выпускается по ТУ 6-14-625-80** и представляет собой натриевую соль продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида.

Суперпластификатор С-3 выпускается в виде легкорастворимого неслеживающегося порошка коричневого цвета с размером микромолекул 200 - 300 мкм в виде водного раствора 33-39%-ной концентрации. Товарный продукт смешивается с водой в любых соотношениях. При этом содержание сухого вещества определяется по плотности раствора. Суперпластификатор С-3 изготавливается Новомосковским заводом органического синтеза (г. Новомосковск Тульской области) и используется в производстве сборного и монолитного железобетона [3, 4].

Известно использование суперпластификатора С-3 для приготовления пластифицированных цементов [5].

Совместное применение суперпластификатора С-3 и ПВС дает новый технический результат, позволяющий приготовить стабилизированный тампонажный раствор с низким водоцементным (жидкостно-цементным) отношением, при твердении которого формируется прочный камень.

При проведении лабораторных исследований были использованы:

- тампонажный портландцемент по ГОСТ 1581-91;

- КССБ по ТУ 39-094-75;

- ПВС по ТУ 6-05-05-313-85;

- С-3 по ТУ 6-14-625-80*.

Для проведения лабораторных исследований были приготовлены тампонажные растворы с компонентными составами, приведенными в табл. 1 и 2. Содержание заявляемого состава пластификатора в тампонажном растворе брали в пределах от 0,7 до 0,8% к массе цемента, равным содержанием пластификатора в прототипе.

Заявляемый пластификатор готовили путем растворения расчетного количества компонентов в водопроводной воде до получения однородного раствора. Приготовление тампонажного раствора производили путем затворения тапонажного портландцемента на водном растворе пластификатора. Затем определяли физико-механические свойства тампонажного раствора и цементного камня при 75oC и давлении 0,1 МПа.

Приготовление тампонажного раствора осуществляли согласно ГОСТ 26798.0-85. Основные технологические параметры тампонажного раствора (плотность, растекаемость) определяли по ГОСТ 26798.1-85. Прочность цементного камня определяли по ГОСТ 26798.2-85. Водоотдачу тампонажного раствора определяли на приборе ВМ-6.

Пластифицирующий эффект (ПЭ) определяли по формуле:



где

D1 - растекаемость тампонажного раствора с заявляемым пластификатором;

D2 - растекаемость тампонажного раствора, обработанного известным пластификатором при том же жидкостно-цементном отношении (ж/ц);

Пенообразование (ПО) определяли по формуле



где

P - плотность тампонажного раствора с заявляемым пластификатором;

P0 - плотность тампонажного раствора без пластификатора при том же ж/ц.

Пример 1. В 373 мл воды добавили 7 г пластификатора (1,54 г ПВС и 5,46 г С-3) и перемешивали в мешалке до полного растворения. Один килограмм портландцемента затворили на водном растворе реагентов. Ж/ц раствора равно 0,38 (опыт 2, табл.1). Образующийся тампонажный раствор имеет растекаемость 20 см ко конусу АзНИИ, плотность раствора 1980 кг/м3. Растекаемость тампонажного раствора с известным пластификатором равна 16,7 см, растекаемость тампонажного раствора без пластификатора 11,5 см, плотность раствора 1980 кг/м3 при том же Ж/ц (опыт 21, табл.2).

Пластифицирующий эффект заявляемого пластификатора относительно известного по прототипу равен



Пластифицирующий эффект заявляемого пластификатора относительно раствора без пластификатора равен



Пенообразование составляет



Водоотдача тампонажного раствора 38 см3 за 30 мин, прочность формируемого камня на изгиб при 75oC равна 7,3 МПа.

Пример 2. Пластификатор готовили путем смешивания порошкообразных КССБ - 50 г и ПВС - 50 г в шаровой мельнице (опыт 13, табл. 1). После получения однородной смеси брали пластификатор в количестве 7 г (0,7 мас.%) на 1 кг цемента и вводили при перемешивании на мешалке в 443 мл воды (Ж/ц = 0,45). Полученным раствором затворили цемент. Образующийся тампонажный раствор имеет растекаемость 19,5 см по конусу АзНИИ. Растекаемость цементного раствора без добавок пластификатора при вышеуказанном Ж/ц составляет 15,5 см.

Пластифицирующий эффект состава по прототипу



Плотность образующегося тампонажного раствора составляет 1870 кг/м3, плотность тампонажного раствора без добавок 1900 кг/м3.



Водоотдача по ВМ-6 составляет 98 см3 за 30 мин. Прочность камня на изгиб при 75oC - 5,9 МПа.

Результаты проведенных лабораторных исследований представлены в табл. 1 и 2.

В результате лабораторных исследований выявлено, что тампонажный раствор, обработанный заявляемым пластификатором позволяет снизить жидкостно-цементное отношение до 0,36. При этом водоотдача раствора снижается от 95 до 37 см3 за 30 мин, а при приготовлении раствора пенообразование отсутствует. При жидкостно-цементных отношениях от 0,36 до 0,39 пластифицирующий эффект при использовании заявляемого пластификатора повышается от 10,40 до 25,00% в сравнении с тампонажным раствором с известным пластификатором. При тех же жидкостно-цементных отношениях пластифицирующий эффект повышается до 80,0% в сравнении с тампонажным раствором без пластификатора. Анализ данных таблиц показывает, что тампонажные растворы (опыты 13 - 16, табл. 1) с известным пластификатором имеют повышенную водоотдачу (от 95 до 110 см3 за 30 мин) и пенообразование от 1,0 до 2,5%. Заявляемый пластификатор с содержанием компонентов в заявляемых пределах (опыты 1, 2, 3, 6, 7, 8, табл. 1) при введении в тампонажный раствор позволяет:

- снизить жидкостно-цементное отношение до 0,36 при нормальной растекаемости;

- пластифицирующий эффект повышается в сравнении с известным раствором до 10,40 - 25,00%, в сравнении с тампонажным раствором без пластификатора до 80,0%;

- пенообразование отсутствует;

- водоотдача снижается до 37 см3 за 30 мин;

- прочность формируемого цементного камня на изгиб повышается до 7,5 МПа.

Оптимальное содержание ПВС в пластификаторе в пределах от 12 до 32 мас. %, суперпластификатора С-3 от 68 до 88 мас.% при содержании пластификатора в тампонажном растворе от 0,7 до 0,8 мас.%.

При содержании ПВС более 32 мас.% (опыты 5 и 10, табл.1) прочность формируемого цементного камня находится в пределах прототипа и отсутствует пластифицирующий эффект. При содержании ПВС менее 12 мас.% (опыты 4 и 11, табл. 1) тампонажный раствор имеет неудовлетворительную прокачиваемость (растекаемость меньше 18 см).

Заявляемый пластификатор за счет совместного применения С-3 и ПВС обладает более высоким пластифицирующим эффектом. Его применение позволит снизить водосодержание и водоотдачу тампонажного раствора и получить более прочный цементный камень с улучшенными изолирующими свойствами, что обеспечит повышение качества и долговечности крепи скважины.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. А.с. СССР N 1670097, кл. E 21 B 33/138, Б.И. N 30, 1991.

2. Патент РФ N 2033519, кл. E 21 B 33/138, Б.И. N 11, 1995.

3. А.с. СССР N 1807033, кл. C 04 B 28/04, Б.И. N 13, 1993.

4. Патент РФ N 2041863, кл. C 04 B 28/04, Б.И. N 23, 1995.

5. Патент РФ N 2031893, кл. С 04 B 40/04, Б.И. N 9, 1995.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Пластификатор тампонажных растворов на основе портландцемента, содержащий производное сульфокислоты и поливиниловый спирт, отличающийся тем, что в качестве производного сульфокислоты он содержит суперпластификатор C-3 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Суперпластификатор C-3 - 68 - 88

Поливиниловый спирт - 12 - 32

Версия для печати
Дата публикации 12.05.2007гг


вверх