Цементный раствор с низкой плотностью и низкой пористостью для нефтяных скважин и подобных скважин

1 Настоящее изобретение относится к технологии бурения нефтяных, газовых, водяных,геотермальных и других скважин. В частности,изобретение относится к цементным растворам с низкой плотностью и низкой пористостью. После пробуривания нефтяной или подобной скважины опускают обсадные или намотанные трубы в ствол скважины и цементируют его на всю высоту или часть ее. Цементирование служит, в частности, для устранения какоголибо взаимообмена текучей средой между различными пластами породы, через которые проходит ствол скважины, предотвращая подъем газа через кольцевое пространство между обсадной трубой, или оно в действительности служит для предотвращения попадания воды в скважину во время добычи. Конечно, другой главной целью цементирования является укрепление ствола скважины и защита обсадных труб. Во время приготовления цементного раствора и его последующего нагнетания в скважину для размещения в зоне, подлежащей цементированию, цементный раствор должен иметь сравнительно низкую вязкость и обладать практически постоянными реологическими свойствами. Однако после размещения на месте идеальный цемент должен быстро приобретать высокую прочность при сжатии, чтобы можно было снова быстро начать другую работу на сооружаемой скважине и, в частности, чтобы можно было продолжить бурение. Плотность цемента необходимо подбирать таким образом, чтобы давление в забое скважины компенсировало, по меньшей мере, давление в порах геологических формаций, через которые проходит скважина, так чтобы избежать какоголибо риска извержения. Наряду с этим нижним пределом плотности существует также верхний предел. Этот верхний предел означает, что гидростатическое давление, создаваемое цементной колонной, плюс потери напора из-за циркуляции откачиваемых текучих сред, должны оставаться ниже давления гидроразрыва горных пород на цементируемом участке ствола скважины. Определенные геологические формации являются очень хрупкими и требуют применения растворов с плотностью, близкой к плотности воды или даже ниже. Риск извержения уменьшается с высотой колонны, и плотность, необходимая для компенсации давления в порах, в таком случае меньше. Кроме того, цементирование большой высоты колонны полезно потому, что это дает возможность уменьшить число цементируемых участков. После цементирования участка необходимо вновь начать бурение при меньшем диаметре, так что при наличии большого числа участков требуется бурить на большой диаметр вблизи поверхности, что таким образом увеличивает расходы вследствие необходимости пробуривания большого объема породы и из-за 2 большого веса стали, необходимой для участков обсадной колонны, имеющих большой диаметр. Все эти факторы поддерживают применение цементных растворов с очень низкой плотностью. Наиболее широко применяемые цементные растворы имеют плотность около 1900 кг/м 3, что приблизительно вдвое больше плотности, желаемой для определенных месторождений. Простейший способ уменьшения их плотности - это увеличение количества воды с добавлением стабилизирующих добавок (известных как разбавители) в раствор с целью предотвращения осаждения частиц и/или образования свободной воды на поверхности раствора. Как обнаружено, этот способ не может обеспечить снижение плотности до значения,близкого к 1000 кг/м 3. Кроме того, затвердевший цемент, образованный из таких растворов,имеет намного меньшую прочность при сжатии,высокую степень проницаемости и плохую адгезионную способность. По этим причинам этот способ не может быть использован для получения растворов с плотностью ниже около 1300 кг/м 3 при все еще сохранении хорошей изоляции между геологическими пластами и обеспечении достаточного усиления для обсадных труб. Другой способ уменьшения плотности цементного раствора состоит в нагнетании в него газа (обычно воздуха или азота) перед его схватыванием. Воздух или азот вводят в таком количестве, чтобы достигнуть необходимой плотности. Это можно сделать так же, как и при образовании пеноцемента. Этот способ обеспечивает несколько лучшие свойства, чем предшествующий способ, так как плотность газа меньше плотности воды и поэтому требуется меньше добавлять его. Тем не менее, в нефтяной промышленности плотность практически остается ограниченной ее значениями больше чем 1100 кг/м 3, даже начиная с растворов, которые уже разбавлены водой. Выше определенного качества пены, т.е. определенного отношения объема газа к объему вспененного раствора стабильность пены уменьшается очень быстро, и прочность пеноцемента при сжатии после его схватывания является очень низкой, а его проницаемость - слишком высокой, что сказывается на долговечности в горячей водной среде, которая содержит ионы, в большей или меньшей степени агрессивные к цементу. В патенте США 3804058 и патенте Великобритании 2027687 А описывается использование полых стеклянных или керамических микросфер для получения цементных растворов с низкой плотностью, используемых в нефтяной и газовой промышленности. Целью настоящего изобретения является создание цементного раствора, который больше подходит для цементирования нефтяных скважин и подобных скважин и имеет как низкую 3 плотность, так и низкую пористость, достигаемые без введения газа. Согласно изобретению эта цель достигается созданием цементного раствора для цементирования нефтяной скважины и подобной скважины, имеющего плотность в пределах 0,9-1,3 г/см 3, в частности в пределах 0,9-1,1 г/см 3, состоящего из твердой фракции и жидкой фракции и имеющего пористость (объемное отношение жидкой фракции к твердой фракции) в пределах 38-50%, предпочтительно меньше, чем 45%. Твердая фракция предпочтительно представляет собой смесь, содержащую 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 2050 мкм, и 0-30 об.% гипса. Достигаемая низкая плотность дает возможность оптимизировать механические свойства и проницаемость. Благодаря наличию механических свойств, которые намного лучше, чем механические свойства обычных облегченных систем, и более низкой проницаемости герметичность и адгезионные свойства сверхлегкого цемента и стойкость таких составов к действию химических веществ, таким образом, намного лучше, чем у систем, используемых в настоящее время для достижения низкой плотности, при этом изобретение обеспечивает достижение даже исключительно низкой плотности, в частности ниже, чем плотность воды. Кроме того, цементный раствор согласно изобретению не нуждается в газе, что, таким образом, дает возможность избежать материально-технического обеспечения,которое иначе потребовалось бы для приготовления пеноцемента. Способ согласно изобретению отличается тем, что в цементный раствор вводят тонкоизмельченные добавки, которые в сочетании друг с другом и с другими тонкоизмельченными компонентами раствора, в частности с частицами микроцемента (или сравнимого гидравлического вяжущего материала) обусловливают гранулометрический состав, который значительно изменяет свойства раствора. Указанные тонкоизмельченные добавки являются органическими или неорганическими и выбраны из-за их низкой плотности. Низкая плотность достигается объединением легких частиц и цемента (или сравнимого гидравлического вяжущего материала). Однако реологические и механические свойства будут удовлетворительными, только если размер частиц и их объемное распределение выбраны таким образом, чтобы максимально увеличить уплотненность твердой смеси. 4 Для твердой смеси, имеющей два компонента (легкие частицы и микроцемент), эта максимальная уплотненность обычно достигается при объемном отношении легких частиц к микроцементу в пределах 70:30-85:15, предпочтительно в пределах 75:25-80:20 при выборе легких частиц со средним размером, который, по меньшей мере, приблизительно в 100 раз больше размера частиц микроцемента, т.е. в общем,частиц, размер которых больше чем 100 мкм. Эти величины могут варьироваться, в частности, как функция большей или меньшей дисперсии в гранулометрическом составе легких частиц. Частицы, имеющие средний размер больше чем 20 мкм, также могут быть использованы, но их свойства не столь хорошие. Обычно не используют частицы размером больше чем 350 мкм из-за узкого размера кольцевых зазоров,подлежащих цементированию. Предпочитаются смеси, имеющие три или несколько компонентов, так как они дают возможность достигать большей уплотненности,если значительно различаются средние размеры различных компонентов. Например, можно использовать смесь легких частиц, имеющих средний размер 150 мкм, легких частиц, имеющих средний размер 30 мкм, и микроцемента при объемном отношении, близком к 55:35:10 или немного отклоняющемся от этих оптимальных пропорций, при этом смесь состоит из 5060 об.% первых легких частиц со средним диаметром в пределах 100-400 мкм, 30-45% вторых легких частиц со средним диаметром в пределах 20-40 мкм и 5-20% микроцемента. В зависимости от случая применения фракция легких частиц с промежуточным размером может быть заменена портландцементом с обычным размером частиц, в частности портландцементом класса G. В этом изобретении термин микроцемент используется для обозначения любого гидравлического вяжущего материала, состоящего из частиц со средним размером около 3 мкм и не содержащего никаких частиц размером больше чем 10 мкм или, по меньшей мере, не содержащего их в значительном количестве. Их удельная площадь поверхности на единицу веса,определяемая при испытании на воздухопроницаемость, обычно равна около 0,8 м 2/г. Микроцемент может, по существу, состоять из портландцемента, в частности портландцемента класса G, обычно содержащего около 65% извести, 25% кремнезема, 4% глинозема,4% окисей железа и менее 1% окиси марганца,или в равной степени может состоять из портландмикроцемента с микрошлаком, т.е. из смеси, используемой, по существу, в виде составов,получаемых из клинкера и содержащих 45% извести, 30% кремнезема, 10% глинозема, 1% окисей железа и 5-6% окиси марганца (здесь упомянуты только основные окиси, и эти значения концентраций, конечно, могут незначитель 5 но варьироваться в зависимости от поставщика). Для случаев применения при очень низких температурах (30 С) портландмикроцемент предпочтительнее смеси микроцемента и шлака изза ее реакционной способности. Если требуется схватывание под прямыми углами, то можно использовать строительный гипс для всех или некоторых из частиц среднего размера. Легкие частицы имеют типичную плотность меньше чем 2 г/см 3, обычно меньше чем 0,8 г/см 3. Например, можно использовать полые микросферы, в частности силикоалюминатные,известные как ценосферы - остаток, получаемый от сжигания угля, - и имеющие средний диаметр около 150 мкм. Кроме того, можно использовать искусственные материалы, как, например, полые стеклянные шарики, но конкретнее предпочитаются шарики из натрий-кальцийборосиликатного стекла, обладающие большой прочностью при сжатии, или фактически микросферы из керамики, например кремнеземноглиноземного типа. Этими легкими частицами могут быть также частицы из пластмассы, как,например, шарики из полипропилена. В общем, плотность раствора, по существу, регулируют посредством выбора легких частиц, но можно также изменять отношение воды к твердому веществу (поддерживая его в пределах 38-50 об.%), количество микроцемента или сравнимого гидравлического вяжущего материала (в пределах 10-30%) или добавлять портландцемент с частицами обычного размера для замены части легких частиц. Конечно, раствор может также содержать одну или несколько добавок следующих типов: дисперганты, антифриз, водоудерживающие добавки, добавки-ускорители или добавкизамедлители схватывания цемента и/или добавки для стабилизации пены, причем эти добавки обычно вводят в жидкую фазу или в соответствующих случаях в твердую фазу. Составы, приготовленные согласно изобретению, обладают механическими свойствами, которые значительно лучше механических свойств пеноцементов, имеющих одинаковую плотность. Прочность при сжатии очень высокая, а пористость очень низкая. В результате этого, проницаемость на несколько порядков величины меньше, чем у пеноцементов с одинаковой плотностью, что тем самым придает таким системам замечательные свойства в отношении твердости. Способ согласно изобретению значительно упрощает процесс цементирования, так как устраняет какую-либо необходимость в материально-техническом обеспечении, необходимом для вспенивания. Цементный раствор, приготовленный согласно изобретению, имеет преимущество также в том, что существует возможность определять все свойства раствора (реологические свойства,время схватывания, прочность при сжатии и 6 т.д.) перед помещением раствора в скважину в отличие от вспененных растворов, когда определенные параметры могут быть измерены у раствора только перед введением газа (время схватывания). Нижеследующие примеры иллюстрируют изобретение без ограничения его пределов. Пример 1. Цементные растворы с низкой плотностью и низкой пористостью могут быть получены из смесей частиц двух или трех (или даже более) разных размеров, поскольку оптимизирована объемная доля уплотнения. Описываются свойства трех растворов,приготовленных согласно изобретению, и эти свойства сравниваются со свойствами обычного разбавленного раствора с низкой плотностью вспененной системы. Цементный раствор А. Приготавливали смесь порошков. Она содержала 55 об.% полых сфер, взятых из ценосфер, имеющих средний размер 150 мкм (удельный вес - 0,75), 35 об.% стеклянных микросфер,имеющих средний размер 30 мкм, и 10 об.% смеси из портландмикроцемента и шлака,имеющих средний размер частиц около 3 мкм. Использовавшиеся микросферы продаются под товарным знаком 3 М с наименованиемScotchlite S60/10000; такие микросферы имеют плотность 0,6 г/см 3 и такой гранулометрический состав, что 10 об.% частиц имеют размер меньше чем 15 мкм, 50 об.% меньше чем 30 мкм и 90 об.% меньше чем 70 мкм; эти частицы выбраны, в частности, из-за их высокой прочности при сжатии (90% частиц выдерживают изостатическое сжатие в 68,9 МПа или 10000 фунт/кв.дюйм). Для обеспечения объемного процентного содержания жидкости в растворе, равного 42%,с этим порошком смешивали воду и следующие добавки: водоудерживающую добавку на основе 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты (АМПС) в количестве 0,2% (процент от веса порошка, т.е. всех твердых частиц, взятых вместе (микроцемента, микросфер и ценосфер для этого раствора А, пеногасящую добавку в количестве 0,03 галлона на один мешок порошка и суперпластификатор на основе полинафталинсульфоната в количестве 0,07 галлона на один мешок порошка. Необходимо отметить,что мешок порошка определяется по аналогии с мешками цемента как мешок, содержащий 45,359 кг смеси, другими словами, 1 галлон/мешок=0,03834 литра (л) добавки на 1 кг смеси. Цементный раствор В. Приготавливали смесь порошков. Она содержала 78 об.% полых сфер, полученных из ценосфер, имеющих средний размер 150 мкм и плотность 0,63 г/см 3, и 22 об.% смеси из портландмикроцемента и шлака, имеющих средний размер частиц около 3 мкм. Для обеспечения объемного процентного содержания жидкости в растворе, равного 42%,с этим порошком смешивали воду и следующие добавки: водоудерживающую добавку на основе полимера АМПС в количестве 0,2% от веса порошка, пеногасящую добавку в количестве 0,03 галлона на один мешок порошка и суперпластификатор на основе полинафталинсульфоната в количестве 0,1 галлона на один мешок порошка. Цементный раствор С. Приготавливали смесь порошков. Она содержала 78 об.% стеклянных микросферScotchlite, имеющих средний размер 30 мкм, и 22 об.% смеси из портландмикроцемента и шлака, имеющих средний размер частиц около 3 мкм. Для обеспечения объемного процентного содержания жидкости в растворе, равного 45%,с указанным порошком смешивали воду и следующие добавки: водоудерживающую добавку на основе полимера АМПС в количестве 0,2% от веса порошка, пеногасящую добавку в количестве 0,03 галлона на один мешок порошка и суперпластификатор на основе полинафталинсульфоната в количестве 0,145 галлона на один мешок порошка. Цементный раствор D. Приготавливали смесь порошков. Она содержала 78,4 об.% полых сфер, полученных из ценосфер, имеющих средний размер 150 мкм(плотность 0,72 г/см 3), и 21,6 об.% портландцемента класса G. Для обеспечения объемного процентного содержания жидкости в растворе, равного 57%,с указанным порошком смешивали воду и пеногасящую добавку в количестве 0,03 галлона на один мешок порошка. Цементный раствор Е. На основе портландцемента класса G приготавливали обычный раствор плотностью 1900 кг/см 3. Раствор вспенивали с количеством пены 50% для получения раствора с конечной плотностью 950 кг/м 3. Цементный раствор В этом случае пористость вычисляли как отношение объема газа+воды к общему объему раствора. Значения плотности выражены в кг/м 3 (в скобках - в фунтах на 1 галлон). Реологические свойства выражены пороговой величиной потока в паскалях (в скобках - в фунтах на 100 кв.дюймов) и пластической вязкостью, выра 8 женной в МПас или сантипуазах с использованием гидравлической модели Бингхэма. Эти параметры определяли при окружающей температуре. Прочность сжатия означает прочность при сжатии после 24 ч схватывания цемента при 60 С (140F) и при давлении 6,9 МПа (1000 фунт/кв.дюйм), выраженную в МПа (в скобках в фунтах на кв.дюйм). Как можно видеть, для цементных растворов, приготовленных согласно изобретению,прочность при сжатии является особенно высокой при таких низких значениях плотности,причем эти растворы проявляют отличные реологические свойства несмотря на их низкую пористость. Пример 2. У цементных растворов, имеющих плотность больше чем 8 фунтов на 1 галлон(фунт/галл.), часть легких частиц может быть замещена цементом класса G. Цементный раствор А. Приготавливали смесь порошков. Она содержала 55 об.% полых сфер, полученных из ценосфер, имеющих средний размер 150 мкм, 35 об.% стеклянных микросфер Scotchlite,имеющих средний размер 30 мкм, и 10 об.% смеси из портландмикроцемента и шлака,имеющих средний размер частиц около 3 мкм. Для обеспечения объемного процентного содержания жидкости в растворе, равного 42%,с порошком смешивали воду и следующие добавки: водоудерживающую добавку на основе полимера АМПС в количестве 0,2% от веса порошка, пеногасящую добавку в количестве 0,03 галлона на один мешок порошка и суперпластификатор на основе полинафталинсульфоната в количестве 0,07 галлона на один мешок порошка. Цементный раствор В. Приготавливали смесь порошков. Она содержала 55 об.% полых сфер, полученных из ценосфер, имеющих средний размер 150 мкм, 25 об.% стеклянных микросфер Scotchlite,имеющих средний размер 30 мкм, 10 об.% портландцемента класса G и 10 об.% смеси из портландмикроцемента и шлака, имеющих средний размер частиц около 3 мкм. Для обеспечения объемного процентного содержания жидкости в растворе, равного 42%,с порошком смешивали воду и следующие добавки: водоудерживающую добавку на основе полимера АМПС в количестве 0,2% от веса порошка, пеногасящую добавку в количестве 0,03 галлона на один мешок порошка и суперпластификатор на основе полинафталинсульфоната в количестве 0,01 галлона на один мешок порошка. Цементный раствор С. Приготавливали смесь порошков. Она содержала 55 об.% полых сфер, полученных из ценосфер, имеющих средний размер 150 мкм, 20 об.% стеклянных микросфер Scotchlite, 9 имеющих средний размер 30 мкм, 15 об.% портландцемента класса G и 10 об.% смеси из портландмикроцемента и шлака, имеющих средний размер частиц около 3 мкм. Для обеспечения объемного процентного содержания жидкости в растворе, равного 42%,с порошком смешивали воду и следующие добавки: водоудерживающую добавку на основе полимера АМПС в количестве 0,2% от веса порошка, пеногасящую добавку в количестве 0,03 галлона на один мешок порошка и суперпластификатор на основе полинафталинсульфоната в количестве 0,01 галлона на один мешок порошка. Цементный раствор D. Приготавливали смесь порошков. Она содержала 55 об.% полых сфер, полученных из ценосфер, имеющих средний размер 150 мкм, 15 об.% стеклянных микросфер Scotchlite,имеющих средний размер 30 мкм, 20 об.% портландцемента класса G и 10 об.% смеси из портландмикроцемента и шлака, имеющих средний размер частиц около 3 мкм. Для обеспечения объемного процентного содержания жидкости в растворе, равного 42%,с порошком смешивали воду и следующие добавки: водоудерживающую добавку на основе полимера АМПС в количестве 0,2% от веса порошка, пеногасящую добавку в количестве 0,03 галлона на один мешок порошка и суперпластификатор на основе полинафталинсульфоната в количестве 0,01 галлона на один мешок порошка. Цементный раствор(9,5) (10,15) Пористость 42% 42% 42% 42% Пластическая вязкость 87 90 100 109 Пороговая величина потока 7,7 8,8 9,0 11,2 7,58 18,3 19,7 20,7 Прочность сжатия (24 ч) Значения плотности выражены в кг/м 3 (в скобках - в фунтах на 1 галлон). Реологические свойства выражены пороговой величиной потока в паскалях (в скобках - в фунтах на 100 кв.футов) и пластической вязкостью, выраженной в МПас или сантипуазах с использованием гидравлической модели Бингхэма. Эти параметры определяли при окружающей температуре. Прочность сжатия означает прочность при сжатии после 24 ч и после 48 ч схватывания цемента при 60 С и при давлении 6,9 МПа (1000 фунт/кв.дюйм), выраженную в МПа (в скобках в фунтах на кв.дюйм). Добавление портландцемента в качестве части частиц среднего размера дает возможность охватывать весь интервал значений плотности от 8 фунт/галл. до 11 фунт/галл. и значительно улучшает прочность при сжатии. Это 10 добавление никоим образом не нарушает хорошие реологические свойства. Пример 3. У цементных растворов, имеющих плотность больше чем 8 фунт/галл., часть легких частиц может быть замещена микроцементом или смесью микроцемента и шлака. Цементный раствор А. Приготавливали смесь порошков. Она содержала 55 об.% полых сфер, полученных из ценосфер, имеющих средний размер 150 мкм, 30 об.% стеклянных микросфер Scotchlite,имеющих средний размер 30 мкм, и 15 об.% смеси из портландмикроцемента и шлака,имеющих средний размер частиц около 3 мкм. Для обеспечения объемного процентного содержания жидкости в растворе, равного 42%,с порошком смешивали воду и следующие добавки: водоудерживающую добавку на основе полимера АМПС в количестве 0,2% от веса порошка, пеногасящую добавку в количестве 0,03 галлона на один мешок порошка и суперпластификатор на основе полинафталинсульфоната в количестве 0,07 галлона на один мешок порошка. Цементный раствор В. Приготавливали смесь порошков. Она содержала 55 об.% полых сфер, полученных из ценосфер, имеющих средний размер 150 мкм, 25 об.% стеклянных микросфер Scotchlite,имеющих средний размер 30 мкм, и 20 об.% смеси из портландмикроцемента и шлака,имеющих средний размер частиц около 3 мкм. Для обеспечения объемного процентного содержания жидкости в растворе, равного 42%,с порошком смешивали воду и следующие добавки: водоудерживающую добавку на основе полимера АМПС в количестве 0,2% от веса порошка, пеногасящую добавку в количестве 0,03 галлона на один мешок порошка и суперпластификатор на основе полинафталинсульфоната в количестве 0,07 галлона на один мешок порошка. Цементный раствор А В Плотность 990 (8,25) 1056 (8,8) Пористость 42% 42% Прочность сжатия (24 ч) 11,2 (1630) 21,4 (3100) Прочность сжатия (48 ч) 11,7 (1700) 22,1 (3200) Значения плотности выражены в кг/м 3 (в скобках - в фунтах на 1 галлон). Прочность сжатия означает прочность при сжатии после 24 ч и после 48 ч схватывания цемента при 60 С и давлении 6,9 МПа (1000 фунт/кв.дюйм), выраженную в МПа (в скобках - в фунтах на кв.дюйм). Увеличение содержания смеси из микроцемента и шлака обусловливает исключительную прочность при сжатии при 9 фунт/галл. Пример 4. В зависимости от желаемых механических свойств (гибкости, способности выдерживать высокие давления) могут быть использованы различные легкие частицы, поскольку оптимизирована объемная доля уплотнения. Цементный раствор А. Приготавливали смесь порошков. Она содержала 55 об.% полых сфер, полученных из ценосфер, имеющих средний размер 150 мкм, 30 об.% полых сфер, полученных из ценосфер,имеющих средний размер 45 мкм, и 15 об.% смеси из портландмикроцемента и шлака,имеющих средний размер частиц около 3 мкм. Для обеспечения объемного процентного содержания жидкости в растворе, равного 42%,с порошком смешивали воду и следующие добавки: водоудерживающую добавку на основе полимера АМПС в количестве 0,2% от веса порошка, пеногасящую добавку в количестве 0,03 галлона на один мешок порошка и суперпластификатор на основе полинафталинсульфоната в количестве 0,07 галлона на один мешок порошка. Цементный раствор В. Приготавливали смесь порошков. Она содержала 55 об.% частиц полипропилена, имеющих средний размер 300 мкм, 30 об.% стеклянных микросфер Scotchlite, имеющих средний размер 30 мкм, и 15 об.% смеси из портландмикроцемента и шлака, имеющих средний размер частиц около 3 мкм. Для обеспечения объемного процентного содержания жидкости в растворе, равного 42%,с порошком смешивали воду и следующие добавки: добавку-замедлитель схватывания на основе очищенных лигносульфонатов в количестве 0,22% от веса порошка, водоудерживающую добавку на основе полимера АМПС в количестве 0,2% от веса порошка и суперпластификатор на основе полинафталинсульфоната в количестве 0,05 галлона на один мешок порошка. Цементный раствор А В Плотность 990 (8,25) 1068 (8,9) Пористость 42% 42% Пластическая вязкость 93 116 Пороговая величина потока 20 9,3 Прочность сжатия (24 ч) 18,3 (2640) 10,3 (1500) Прочность сжатия (48 ч) 18,7 (2700) 22,1 (3200) 60 С и 6,9 МПа (1000 фунт/кв.дюйм), выраженную в МПа (в скобках - в фунтах на кв.дюйм). Пример 5. Для случаев применения при низких температурах смесь микроцемента и шлака может быть заменена чистым микроцементом или может быть добавлен строительный гипс для замещения частиц среднего размера. Цементный раствор А. Приготавливали смесь порошков. Она содержала 42,7 об.% полых сфер, полученных из ценосфер, имеющих средний размер 150 мкм, 20 об.% полых сфер, полученных из ценосфер,имеющих средний размер 45 мкм, 27,3 об.% гипса и 10 об.% смеси из портландмикроцемента и шлака, имеющих средний размер частиц около 3 мкм. Для обеспечения объемного процентного содержания жидкости в растворе, равного 42%,с порошком смешивали воду и следующие добавки: добавку-замедлитель схватывания на основе очищенных лигносульфонатов в количестве 0,05 галлона на один мешок порошка, водоудерживающую добавку в количестве 0,04 галлона на один мешок порошка и пеногасяшую добавку в количестве 0,03 галлона на один мешок порошка. Цементный раствор В (сравнительный). Этот цементный раствор соответствует цементному раствору, известному из уровня техники. Приготавливали смесь порошков. Она содержала 40 об.% цемента класса G и 60 об.% гипса. С порошком смешивали воду и добавки,так чтобы плотность раствора была 1900 кг/м 3(15,8 фунт/галл.). Для вспенивания этого раствора добавляли совершенно обычные смачивающие агенты:D138 и F052.1 в соотношении 1:1. Количество добавляемых агентов зависит от качества пены. Его регулировали таким образом, чтобы получить цементный раствор с плотностью 1320 кг/м 3 (11 фунтов/1 галлон). Прочность при сжатии после 24 ч схватывания цемента при 104 С (220F) и давлении 20,7 МПа Значения прочности выражены в кг/м 3 (в скобках - в фунтах на 1 галлон). Реологические свойства выражены пороговой величиной потока в паскалях (в скобках - в фунтах на 100 кв.футов) и пластической вязкостью, выраженной в МПас или сантипуазах с использованием гидравлической модели Бингхэма. Эти параметры определяли при окружающей температуре. Прочность сжатия означает прочность при сжатии после 24 ч и 48 ч схватывания цемента при(11) Отношение объема газа к объему вспененного цемента Пластическая вязкость Пороговая величина потока Прочность сжатия (после 12 ч схватывания цемента при 4 С и 6,9 МПа) Прочность сжатия (после 24 ч схватывания цемента при 25 С и 6,9 МПа) Отношение объема газа к 30% объему вспененного цемента Прочность сжатия (после 24 ч 2,96 схватывания цемента при 18 С(430) и атмосферном давлении) Прочность сжатия (после 48 ч 4,55 схватывания цемента при 18 С Значения прочности выражены в кг/м 3 (в скобках - в фунтах на 1 галлон). Реологические свойства выражены пороговой величиной потока в паскалях (в скобках - в фунтах на 100 кв.футов) и пластической вязкостью, выраженной в МПас или сантипуазах с использованием гидравлической модели Бингхэма. Эти параметры определяли при окружающей температуре. Прочность сжатия означает прочность при сжатии при условиях, изложенных в таблице, которая выражена в МПа (в скобках - в фунтах на кв.дюйм). ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Цементный раствор для цементирования нефтяной скважины и подобной скважины,имеющий плотность в пределах 0,9-1,3 г/см 3,состоящий из твердой фракции и жидкой фракции и имеющий пористость (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 2050 мкм, и 0-30 об.% гипса. 2. Цементный раствор по п.1, отличающийся тем, что имеет пористость, меньше чем 45%. 3. Цементный раствор по любому из пп.12, отличающийся тем, что легкие частицы име 14 ют плотность меньше, чем 2 г/см 3 и предпочтительно меньше, чем 0,8 г/см 3. 4. Цементный раствор по п.3, отличающийся тем, что легкие частицы выбраны из полых микросфер, в частности силикоалюминатных микросфер или ценосфер, искусственных материалов, таких как полые стеклянные шарики и, в частности, шарики из натрий-кальцийборосиликатного стекла, керамических микросфер, например кремнеземно-глиноземного типа, или шариков из пластмассы, таких как полипропиленовые шарики. 5. Цементный раствор по любому из пп.14, отличающийся тем, что раствор имеет одну или несколько добавок следующих типов: дисперганты, антифриз, водоудерживающие добавки,добавки-ускорители или добавкизамедлители схватывания цемента и добавки для стабилизации пены. 6. Цементный раствор по любому из пп.15, отличающийся тем, что твердая фракция раствора состоит из легких частиц диаметром в пределах 100-350 мкм и частиц микроцемента при отношении легких частиц к микроцементу в пределах 70:30-85:15. 7. Цементный раствор по любому из пп.16, отличающийся тем, что твердая фракция смеси состоит из 50-60 об.% первых легких частиц,имеющих средний диаметр в пределах 100-400 мкм, 30-45% вторых легких частиц со средним диаметром в пределах 20-40 мкм и 5-20% микроцемента. 8. Использование раствора согласно любому предшествующему пункту при цементировании нефтяных, газовых и подобных скважин.