КОМПЛЕКСНЫЙ РЕАГЕНТ ДЛЯ ТАМПОНАЖНЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 2002 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к креплению нефтяных и газовых скважин и может быть использовано при приготовлении тампонажных растворов с высокими адгезионными и изолирующими свойствами при повышенных температурах.

Известен раствор на основе портландцемента и воды, включающий в качестве комплексного реагента нитрилотриметилфосфоновую кислоту (НТФ) и асбест (авт. св. N 939729, E 21 В 33/138, опубл. 10.10.1980).

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является тампонажный состав, содержащий вяжущее, добавку-реагент и воду, при этом в качестве добавки он содержит комплексный реагент - корилат (патент РФ N 2132447, E 21 В 33/138, опубл. 27.06.1999).

Задачей изобретения является разработка технологичного реагента, повышающего адгезионные и изолирующие свойства тампонажных растворов при температурах до 100^oC.

Сущность изобретения заключается в том, что комплексный реагент для тампонажных растворов, содержащий корилат- смесь натриевых солей нитрилотриметилфосфоновой кислоты, дополнительно содержит поливинилацетатную дисперсию при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Корилат - 0,02-0,4
Поливинилацетатная дисперсия - 99,60-99,98
Поливинилацетатная дисперсия изготавливается по ГОСТ 18992-80 и представляет собой вязкую жидкость белого цвета. Массовая доля сухого вещества 51%, динамическая вязкость 3,0-5,0 Па•с, pH 4,5-6,0.

Корилат изготавливается по ТУ 6-09-20-243-94 и представляет собой смесь натриевых солей нитрилотриметилфосфоновой кислоты (преимущественно тринатриевую соль, 2-водную с примесью хлорида натрия), массовая доля сухой тринатриевой соли- 95%, pH 2,5-3,5.

При смешивании ПВАД и корилата образуется реагент, способный регулировать такие свойства тампонажных растворов при повышенных температурах, как адгезия и изолирующая способность. О том, что образуется новое вещество, свидетельствует существенно отличающиеся новые значения pH 6,0-6,5 реагента и его динамическая вязкость (2,4-3,0 Па•с). Образуется реагент, повышающий адгезионную способность новообразований гидратирующихся вяжущих и способный изменять поровое пространство тампонажного раствора, твердеющего при 75-100^oC.

Полученный реагент имеет в своем составе "клешневидные" соединения, связывающие поливинильные группы, между которыми находятся натриевые соединения (обнаружены петрографическим анализом). За счет этих соединений при затвердевании тампонажного раствора обеспечивается контакт между цементным камнем и породой, цементным камнем и обсадной колонной.

Стабильность контакта обеспечивается за счет адгезионных свойств гидратных новообразований и кольматации порового пространства, происходящего в результате действия реагента.

Реагент готовят следующим образом.

В емкость с помощью дозатора вводят расчетное количество поливинилацетатной дисперсии. При постоянном перемешивании с определенной скоростью подают расчетное количество сухого порошка корилата. Процесс взаимодействия заканчивается через 15-20 мин. Затем его подают на затарку в емкости от 50 до 250 л и маркируют.

Необходимое количество комплексного реагента в зависимости от гидрогеологических условий скважины вводят в жидкость затворения тампонажного раствора. Готовят тампонажный раствор и испытывают согласно существующим ОСТам и ГОСТам.

В качестве показателя изолирующей способности тампонажных растворов используется общепринятый в теории фильтрации показатель - начальный градиент фильтрации НГФ, т.е. тот наименьший градиент давления, при котором в поровом пространстве тампонажного раствора (камня) начинается фильтрация свободной жидкости затворения.

При определении величины адгезии использовали метод выдавливания цементного образца из стальной обоймы, выполненной в виде усеченного конуса с углом наклона боковой поверхности 2,5^o. При создании нагрузки образец отрывался от стальной поверхности.

Приготовление реагента.

Пример N 1 (таблица). В 99.6 г поливинилацетатной дисперсии при интенсивном перемешивании постепенно вводили 0,4 г корилата. Для ускорения взаимодействия перемешивание вели при подогреве до 30-40^oC. Реагент представляет собой вязкую дисперсию белого цвета, pH 6,5, динамическая вязкость 2,5 Па•с, хорошо растворяется в воде.

Затем проводили испытание действия реагента в дозировке 1% от массы портландцемента при В/Ц=0,5 на изолирующую способность тампонажного раствора и адгезию цементного камня к металлу и горной породе. Приготавливали цементный раствор, заливали в конические формы, помещали формы с раствором в термостат, где раствор твердел в течение 24 ч при температуре 75 и 100^oC. Через 24 ч твердения цементный камень выдавливали из форм.

В таблице приведены результаты определения начального градиента фильтрации и адгезии тампонажного раствора-камня с добавками реагента с различным соотношением компонентов, в наибольшей степени повышающих адгезию цемента к металлу обсадных труб и горной породе и одновременно повышающих начальный градиент фильтрации тампонажного раствора.

Оптимальное соотношение поливинилацетатной дисперсии и корилата для приготовления реагента от 99,6-0,4 до 99,98-0,02%. Запредельные количества корилата вызывают увеличение сроков загустевания и снижают адгезию цементного камня, а запредельные количества ПВА сокращают время загустевания, загущают раствор, ухудшают его технологические характеристики и изолирующую способность раствора (таблица).

Добавка 1% комплексного реагента к тампонажному раствору увеличивает начальный градиент фильтрации при температуре 75^oC до 8714 Па/м и адгезию к металлу до 3,0 МПа и к породе до 2,7 МПа по сравнению с показателями исходного тампонажного раствора соответственно 860 Па/м, 1,5 МПа и 0,8 МПа.

Предлагаемый комплексный реагент можно использовать для повышения адгезионной и изолирующей способности тампонажных растворов на основе портландцемента при статической температуре в скважинах до 100^oC, что вполне достаточно для проведения процесса цементирования скважин глубиной не менее 3000 м. При этом начальный градиент фильтрации и адгезия увеличиваются.

Изобретение относится к креплению нефтяных и газовых скважин и может быть использовано при приготовлении тампонажных растворов с высокими адгезионными и изолирующими свойствами при повышенных температурах. Комплексный реагент для тампонажных растворов, содержащий корилат- смесь натриевых солей нитрилотриметилфосфоновой кислоты, дополнительно содержит поливинилацетатную дисперсию при следующем соотношении компонентов, мас.%: корилат 0,02-0,4, поливинилацетатная дисперсия 99,60-99,98. Технический результат - повышение качества крепления скважин, увеличение межремонтного периода их эксплуатации за счет повышения адгезионных и изолирующих свойств тампонажного камня, обеспечение охраны недр и окружающей среды. 1 табл.

Комплексный реагент для тампонажных растворов, содержащий корилат - смесь натриевых солей нитрилотриметилфосфоновой кислоты, отличающийся тем, что он дополнительно содержит поливинилацетатную дисперсию при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Корилат - 0,02-0,4
Поливинилацетатная дисперсия - 99,60-99,98