Lehká cementovací směs pro cementování vrtů ve vysoce propustných horninách za podmínek agresivního působení sirovodíku. Ruský patent 2021 RU 2741890 C2. Vynález dle IPC C09K8/467.

Vynález se týká vrtání ropných a plynových vrtů, zejména cementačních roztoků určených k cementování vrtů za podmínek intenzivní (úplné) absorpce a agresivního působení sirovodíku.

Je známo složení cementové kaše pro izolaci absorpčních zón (RU patent č. 2161240, E21B 33/138, 06.05.1998), které obsahuje v hmotnostních %: cement (100), chlorid vápenatý (2-2,5), kalcinovanou sodu (1,5-2), oxid manganičitý (0,4-1) a vodu (45-50). Autoři dále poukazují na schopnost uvedené cementové kaše působit proti agresi sirovodíku díky neutralizačnímu účinku oxidu manganičitého. Nevýhodou této cementové kaše je, že za prvé je roztok klasifikován jako rychle tuhnoucí směs kvůli použití chloridu vápenatého, který snižuje pevnost cementového kamene, zejména při agresi sirovodíku. Za druhé, oxid manganičitý je nejúčinnější při neutralizaci sirovodíku při nízkých hodnotách pH a cementová kaše má pH 12-13. Podle Ya. A. Rjazanov (Encyklopedie vrtných kalů. Orenburg: Letopis, 2005. – 664 s.), se zvýšením pH ze 4 na 9 se absorpční kapacita oxidu manganičitého snižuje 1,5krát. Navíc po vytvrzení cementového kamene oxid manganičitý vůbec nereaguje se sirovodíkem.

Je známý expandující cement pro ropné vrty (RU patent č. 2013523, E21B 33/138, 18.03.1991) pro cementování vrtů nacházejících se ve formováních s tekutinami obsahujícími sirovodík. Cement pro ropné vrty obsahuje v hmotnostních %: portlandský cement (7-14), složku obsahující sírany (6-13) a hydraulické pojivo na bázi sulfoaluminátu (73-87). Hlavní nevýhodou tohoto cementu pro ropné vrty je nutnost jeho výroby speciální technologií v cementárně, což výrazně komplikuje jeho rychlé použití, zejména při cementování průzkumných a prospekčních vrtů.

Cementová kaše je známá pro izolaci zón intenzivní (úplné) absorpce (RU patent č. 2474603, C09K 8/467, 11.05.2011). Cementová kaše obsahuje v hmotnostních %: cementovou kaši portlandský cement (100), jílový prášek – bentonit (25-50), síran hlinitý (0,5-0,6), duté skleněné kuličky (5-10), jemně mleté pojivo s vysokou spotřebou vody – „Mikrodur“ nebo „INTRACEM“ (5-10) a vodu (195-346). Nevýhodou uvedené cementové kaše je použití bentonitu, který přispívá k mnohonásobnému snížení pevnosti cementového kamene, zejména za podmínek agresivního působení sirovodíku.

Cementová kaše je známá pro pažnicové vrty, v jejichž řezu se nacházejí formace s abnormálně nízkými tlaky v vrstvách za podmínek agrese sirovodíku (výrobní certifikát č. 1682531 A1, E21B 33/138, 19.07.1989, prototyp). Cementová kaše obsahuje v hmotnostních %: cementový pojivo (52,6-62,5), odpadní fluorid chromitý z výroby polovodičů (CFS) (2,9-6,6) a vodu (zbytek). Tato cementová kaše má odolnost proti udusávání a sedimentaci při vysokém vodocementovém poměru a nízké hustotě, vysokou rychlost tuhnutí a tepelnou odolnost. Nevýhodou této cementové kaše je složitost její přípravy (množství CFS se určuje přibližně, vlhkost CFS se určuje sušením, vypočítá se potřebné množství pasty, umístí se do záměsové vody a důkladně se promíchá atd.).

Problém řešený navrhovaným vynálezem spočívá v získání lehké cementové kaše s kolmatační kapacitou, jejíž cementový kámen je schopen expanze během tvrdnutí a odolává agresi sirovodíku.

Technický výsledek vynálezu spočívá ve vysoce kvalitní cementaci vrtů za podmínek úplné absorpce a agrese sirovodíku.

Řešení stanoveného problému se dosahuje přidáním expanzní přísady (DA), mikrokalibrovaného granulovaného pěnového skla (MCGPS), plynotěsné přísady pro snížení filtrace, propustnosti vody a plynů (Gazblock) a vody do známého síranovzdorného cementu PCT IG SS-1, s následujícím poměrem složek, hmotnostních %:

Dorovskih I.V. (Zdůvodnění a výroba korozivzdorných cementových materiálů se smíšenou kondenzovanou fází pro výstavbu vrtů: Abstrakt disertační práce … kandidáta technických věd: Specialita 25.00.15 „Vrtání a příprava vrtů“. – Petrohrad: SPbGU, 2011. – 20 s.) navrhuje použití síranově odolného portlandského cementu značky PTsT I-SS-100 s přísadami do míchací kapaliny (vody) 0,5 % CMC a 5 % RDN-U (univerzální činidlo pro těžbu ropy). Podle terénních údajů používá společnost Lukoil-Komi LLC síranově odolné cementy značky PTsT IG SS-1 v oblastech a nalezištích ropné a plynárenské provincie Timano-Pečora pro pažnice vrtů v podmínkách agrese sirovodíku (obsah sirovodíku do 15 % obj.). Síranově odolný portlandský cement samozřejmě nemá korozivzdornost vůči sirovodíku s obsahem vyšším než 6 %. Korozní procesy v cementovém kameni však lze zpomalit použitím plynových blokátorů, které snižují nejen propustnost vody, ale i propustnost plynů. Jako plynový blokátor se používá činidlo „Gazblok“.

Plynový blok je činidlo na bázi syntetických sulfonovaných polymerů, které je navrženo tak, aby snižovalo filtraci cementových suspenzí, bránilo migraci formačních kapalin za pažnice a snižovalo propustnost vody a plynu. Vyrábí se dle TU 2458-065-97457491-2012 společností ZAO NPO POLICELL. Plynový blok způsobuje zpomalení nárůstu konečného statického smykového napětí cementových suspenzí, čímž usnadňuje přenos hydrostatického tlaku na dno vrtu. Na konci období pomalého nárůstu konečného statického smykového napětí způsobuje rychlé tuhnutí cementové suspenze a brání pronikání plynu do mezikruží. Činidlo nezpomaluje dobu tuhnutí cementové suspenze, zůstává funkční i při teplotě 210 °C a nezahušťuje roztok. Přibližné množství přísad v rozmezí 0,3-0,5 % suché hmotnosti cementu účinně snižuje rychlost filtrace a 0,6-0,8 % suché hmotnosti cementu zabraňuje toku kapaliny za pažnice.

Pro řešení stanovených úkolů musí výchozí složení cementovací tekutiny obsahovat kromě pojiva i kolmatační a expanzní přísadu. Jako kolmatační přísada se používá mikrokalibrované granulované pěnové sklo (MCGPS) a jako expanzní přísada DR-100.

Mikrokalibrované granulované pěnové sklo (vyráběné společnostmi STES-VLADIMIR, KGPS NEOPORM) se vyznačuje nejen nízkou hustotou, ale také vysokou měrnou pevností při objemovém stlačení. MKGPS má velký měrný povrch, proto aktivněji adsorbuje směsnou kapalinu v počáteční fázi hydratace, rovnoměrně se rozděluje v objemu roztoku (kamene) a vytváří kompozitní materiál. V navrhované cementové kaši se MKGPS používá jako lehčená přísada. Kromě snížení hustoty a zvýšení ucpávacích vlastností cementové kaše zajišťuje přísada MKGPS vysokou kvalitu absorpční izolace díky zvýšené adhezi kamene ke stěnám absorpčních kanálů, ke které dochází u předpjatého kamene při změně tlaku během cementování.

Expanzní přísada DR-100 je jemně mletá směs sestávající ze směsi minerálních oxidů Ca a Mg (patent Ruské federace č. 2319722, C09K 8/467, 22.06.2006) (https://www.mramor-m.ru/dobavka-tamponazhnaya-rasshiryatushhaya-dtr/), která reguluje smršťování cementové kaše během tvrdnutí a zajišťuje expanzi v plastickém a vytvrzeném stavu. Vyrobeno dle TU 2458-077-97457491-2012 společností ZAO NPO POLICELL. Přísada zajišťuje objemovou expanzi cementového kamene cementových kaší při cementování ropných a plynových vrtů s teplotami do 100 °C. Přibližné dávkování je až 20 % suché hmotnosti cementu pro značku „Politzem DR-100“. V tomto případě je lineární expanze cementového kamene 1-5 %.

Byly provedeny laboratorní studie k ověření účinnosti navrhované cementové kaše. Měření technologických parametrů cementové kaše byla provedena pomocí standardních přístrojů. Výsledky technologických vlastností a parametrů navrhované cementové kaše jsou uvedeny v tabulce 1.

Výsledky provedených studií (tabulka 1) ukazují, že cementová kaše má dostatečnou mobilitu (roztíratelnost – 23,5 cm) a pevnost cementového kamene (6,617 MPa – ohyb; 11,535 MPa – tlak) při snížené hustotě (1540 kg/m3), což je zajištěno úpravou roztoku přípravkem MKGPS, který zároveň zajišťuje kolmataci absorpční vrstvy. Charakteristickým rysem cementové kaše je velmi nízká filtrace (9 cm3/30 min.) v důsledku úpravy roztoku přípravkem Gazblok, který zajišťuje korozní odolnost cementového kamene za podmínek agresivního sirovodíku v důsledku snížené ztráty vody a propustnosti. Doba tuhnutí (začátek – 9 hodin, konec – 10 hodin 45 minut) je dostatečná pro čerpání cementové kaše do velkých hloubek.

Pro provedení studií zaměřených na posouzení odolnosti cementového kamene vůči sirovodíku byl použit koeficient korozní odolnosti (CRC) navržený V.S. Danjuševským, který byl definován jako poměr pevnosti v tlaku a ohybu pro materiál vzorků testovaných v agresivním prostředí k podobnému ukazateli pro kontrolní vzorky. CRC je kritérium pro srovnávací odolnost cementů. Cement je považován za odolný vůči agresi a trvanlivý s hodnotou CRC rovnou nebo větší než 0,85, menší než 0,85 je v tomto prostředí považován za nestabilní. Studie v agresivním prostředí byly prováděny po dobu 3 měsíců ve formační vodě obsahující sirovodík v množství 1 % obj. Výsledky studií jsou uvedeny v tabulce 2, ze které je zřejmé, že vyvinutý cementový kámen je odolný vůči korozi.

Výše uvedené vlastnosti nám umožňují považovat nárokované složení cementové kaše za nové, nepopsané ve vědecké, technické a patentové literatuře.

Podobné patenty RU2741890C2

• Pavlyčev V.N.
• Umetbajev V.G.
• Prokšina N.V.
• Emaletdinova L.D.
• Nazmetdinov R.M.

• Angelopulo Oleg Konstantinovič
• Šeredinová Taťána Leonidovna
• Džabarov Kemal Alijevič
• Rusajev Anatolij Antonovič
• Konovalov Jevgenij Alexejevič
• Kartsev Valentin Jefimovič

• Kadyrovová R.S.
• Arestov B.V.
• Chnykin Ju.F.
• Tsytsimushkin P.F.

• Gasumov Ramiz Alijavad-Ogly
• Minčenko Julia Sergejevna
• Švets Ljubov Viktorovna

• Skorikov Boris Michajlovič
• Majgurov Igor Vladimirovič

• Bělousov Gennadij Andrejevič
• Skorikov Boris Michajlovič
• Žuravlev Sergej Romanovič

• Pyškov Nikolaj Nikolajevič
• Kašapov Marat Aljamovič
• Minčenko Julia Sergejevna

• Iljasov Sergej Evgenijevič
• Okromelidze Gennadij Vladimirovič
• Čugajeva Olga Alexandrovna
• Kuzněcovová Olga Grigorjevna
• Sažina Elena Michajlovna
• Zueva Nina Arkadyevna
• Dudorov Pavel Anatoljevič
• Utkin Denis Anatoljevič
• Kudimov Ivan Andrejevič
• Predein Andrej Alexandrovič
• Kučevasov Sergej Ivanovič
• Ivšin Alexandr Viktorovič

• Agzamov Farit Akramovič
• Sabirzyanovův rival Ramilevič
• Karimov Ilšat Nazifovič

• Samorukov Dmitrij Vladimirovič
• Nozdrja Vladimir Ivanovič
• Karapetov Rustam Valerievič
• Nikitin Stanislav Jurjevič

Abstrakt patentu z roku 2021 Lehká cementovací směs pro cementování vrtů ve vysoce propustných horninách za podmínek agresivního sirovodíku

Vynález se týká vrtání ropných a plynových vrtů, zejména cementových suspenzí určených k cementování vrtů za podmínek intenzivní (úplné) absorpce a agrese sirovodíku. Cementová suspenze pro cementování vrtů za podmínek intenzivní absorpce a agrese sirovodíku obsahuje síranově odolný cementový cement – PCT IG SS-1, expanzní přísadu – DR-100, mikrokalibrované granulované pěnové sklo – MKGPS a vodu, vyznačující se tím, že složení navíc obsahuje plynový blokátor pro snížení filtrace, propustnosti vody a plynu, kterým je GazBlok, s následujícím poměrem složek, % hmotnosti cementu: PCT-GCC-1 – 100,0; expanzní přísada (DR-100) – 1,0; mikrokalibrované granulované pěnové sklo – 6,0; GazBlok – 0,5; vodocementový poměr – 0,52. 2 tabulky.

Vzorec podle vynálezu RU 2 741 890 C2

Cementová suspenze pro cementování vrtů v podmínkách intenzivní absorpce a agrese sirovodíku, obsahující síranově odolný cementový cement – PCT IG SS-1, expanzní přísadu – DR-100, mikrokalibrované granulované pěnové sklo – MKGPS a vodu, vyznačující se tím, že složení navíc obsahuje plynový blokátor pro snížení filtrace, propustnosti vody a plynu, kterým je GazBlok, s následujícím poměrem složek, % hmotnosti cementu:

Dokumenty citované v rešeršní zprávě 2021 Patent RU2741890C2

• Angelopulo Oleg Konstantinovič
• Šeredinová Taťána Leonidovna
• Džabarov Kemal Alijevič
• Rusajev Anatolij Antonovič
• Konovalov Jevgenij Alexejevič
• Kartsev Valentin Jefimovič

• Kašapov S.A.
• Channanov S.N.
• Saitgareev R.Z.
• Chasanov M.N.
• Giljazetdinov Z.F.
• Kuročkin B.M.
• Tselovalnikov V.F.

• Kadyrovová R.S.
• Arestov B.V.
• Chnykin Ju.F.
• Tsytsimushkin P.F.

• Bělousov Gennadij Andrejevič
• Skorikov Boris Michajlovič
• Žuravlev Sergej Romanovič

• Katejev Irek Sulejmanovič
• Katejev Rustem Irekovič
• Vakula Andrej Jaroslavovič
• Chusainov Vasil Muchametovič
• Starov Oleg Evgenievich
• Timirov Valentin Savdijevič

• Samojlov Vladimir Sergejevič
• Štěpáněnko Artem Vladimirovič

RU 2 741 890 C2

Voronik Alexej Michajlovič

Kamenskich Sergej Vladislavovič

Logačev Jurij Leonidovič

Ulyasheva Nadezhda Michajlovna