Тампонажный раствор Советский патент 1983 года по МПК E21B33/138 

4

о:)

4

СХ)

Изобретение относится к креплению нефтяных и газовых скважин, в частности к коррозионностойким тамгюнажиым материалам, предназначенным для цементирования скважин, в продукции которых содержатся кислые компоненты (сероводород, углекислота и др ).

Известен тампонажный раствор, содержащий цемент, поверхностно-активное вещество (сульфанол), регуляторы сроков схватывания и загустевания, органический компонент (флотореагент Т-бб , соответствующий ТУ-38-103243-74) и воду ,1.

Однако этот тампонажный раствор является недостаточно коррозионностойким в кислых средах и в среде сероводородной агрессии, что, в свою очередь, сказывается на ПРОЧНОСТИ его цементного камня.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является тампонажный раствор, содержащий портландцементу нитрилотриметилфосфоновую кислоту и воду при следующем соотношении компонентов, мае.ч.:

Цемент .66-, 65-66 , 67.

Нитрилотриметилфосфоновая кислота0,0005-0,03 Вода33,32-33,33 2 Известный тампонажный раствор является недостаточно коррозионностойким в кислых средах и в среде сероводородной агрессии, что,, в свою очередь, сказывается на прочности его цементного камня.

Цель изобретения - повышение коррозионной стойкости в кислых средах и в среде сероводородной агрессии путем улучшения реологических свойств тампонажного раствора, улучшения прочностных и адгезионных свойств цементного камня и ингибирования поверхности новообразований при гидратации цемента.

Указан.ная цель достигается тем, что тампонажный раствор, включающий портландцемент, нитрилотриметилфосфоновую кислоту и воду, дополнительно содержит сульфированную фенолформальдегидную смолу новолачного типа, модифицированную фурфуролом (олигомер .СБ-1) при следующем соотношении компонентов, мае. ч.:

71,19-73,00

0,007-0,008

0,35-2,17 25,36-28,46

Олигомер СБ-1 (СБ-1) - сульфированная ф.енолформальдегидная смола новолачного типа, модифициро.ванная фурфуролом - выпускается химической промышленностью в виде 35%-Ного водного раствора и- является хорошим пластификатором. В то же время нитрилотримет «лфосфоновая кислота яв5 ляется диспергатором суспензии тампонажного раствора. Совместные их химико-физические воздействия на тампонажный раствор позволяют эффективно его разжижать и тем самым значительно снижать водоцементное отноиюние тампонажного раствора при его удовлетворительной прокачиваемости и получать прочный и непроницаемый цементный камень.

При гидратации цемента поверхности новообразований часгично ингибируются СБ-1, в результате чего образуется непроницаемый цементный камень, стойкий к сероводородной агрессии, о чем свидетельствуют испытания образцов цементного камня .предлагаемого и известного растворов на коррозионную стойкость.

Для сравнительного анализа ингибирукяаих свойств СБ-1 взяты .следу5 кяцие составы таьшонажных растворов

Дтабл. 1) ..

Таблица

ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОРj ключающий портландцемент, нитрилотриметилфосфоновую кислоту и воду, от л и-ч ающи и ся тем, ч то, с целью пов.ышеНИН коррозионной стойкости в кислых средах и в среде се роводородной агрессии путем улучшения реологических свойств тампонажного раствора, улучшения прочностных и адгезионных свойств цементного камня и ингибирования повегрхности новообразований при. гидратации цемента, он дополнительно содержит сульфированную фенолформальдегидную смолу новолачного типа, модифицированную фурфуролом (олигомер СБ-1) при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: Портландцемент 71,19-73,00 Нитрилотриме-J тилфосфоновая (Л кислота0,007-0,008 Олигомер СБ-1 0,35-2,17 Вода25,36-28,46

0,007

66,66

0,008

70,93

0,007

73,00

0,5

33,33

28,36

0,4

0,7

1,45

25,54

0,35

Из приведенных составов готовят цементные растворы и стандартные балочки 40-40-160 мм. В середину образцов закладывают стальные пластины марки С-75, которые взвешиваются с точностью до 5 знака и маркируются. После суточного твердения балок при они помещаются в кассеты, которые устанавливаются в промцсловый газопровод с содержанием сероводорода до 4,5%, давлением 7,5 МПа с выдержкой в течение 6 мес. После этого из балочек извлекаются металлические пластины, очищаются от цемента, промываются спиртом и взвешиваются. На каждый состав закладилвается по 3 образца. Потеря массы пластины от коррозии берется средней по 3 образцам на каждый состав.

В табл. 2 приведены сравнительные данные ингибирующих свойств различных тампонажных составов.

Таблица 2 Наилучшие свойства по защите металла от коррозии имеет состав 3. .Адгезионные свойства цементного камня с керном из плотного извес няка и металлом определяются следующим образом. В металлический стакан со съемным дном устанавливают керн из плот ного известняка строго по центру стакэна и в кольцевое пространство между керномИ стаканом заливают . предлагаемый тампонажный раствор. и тампонажный раствор на основе

портландцемента. Далее стакан помещают в автоклав для выдерживакия под давлением 20,0 МПа/см- при в течение 1 сут. После выдержки образцы вынимаются и выдерживаются в ванне при комнатной температуре в течение 2 ч. Затем на прессе УММ-5 выдавливают сначала керн, заг : тем цементное кольцо. Тем самым .определяется величина силы сцепления керна с цементным кольцом и цемент- ного кольца с металлом.

В табл. 3 приведены сравнитель«ые данные о напряжениях сцепления предлагаемого и базового составов.

ТаблицаЗ

25 Напряжение

сцепления с керном, МПа/см 0,05 0,10 0,22

0,08 0,15 0,37 Как видно из табл. 3, адгезия . к горной породе у предлагаемого состава выше, чем у базового в 4,4 раза, а ащгезия к металлу - в 4,6 раза. Технология приготовления тампонажного раствора заключается в следующем. В расчетное количество воды вводится потребное количество НТФ и СБ-1 и тщательно перемешивается буровьаи1И насосами через рабочие емкости или с помощью цементировочного агрегата, а затворение цемента производится по общепринятой технологии. В табл. 4 приведены результаты испытаний разработанного тампонажного раствора. По результатам, испытаний приняты граничные значения компонентов раствора. Из приведенных в табл. 4 данных видно, что введение СБ-1 в количестве 0,35-2,17 мае.ч. в тампонажный раствор при относитель но равном соотношении остальных ко понентов является наиболее оптимальным вариантов соотношения компонентов и обеспечивает достижение цели, изобретения. В этом случае пр удовлетворительной растекаемости происходит значительный прирост прочности на изгиб и сжатие, дости гается нулевая газопроницаемость, а также высокий коэффициент коррозионной стойкости. Введение СБ-1 в количестве меньшем 0,35 мае.ч. приводит к недостаточному снижению водоцементного отношения, что отрицательно сказывается .на коэффициенте коррозиЬнной стойкости, про ности цементного камня, а также .на сокращении сроков схватывания цементного камня. Введение же СБ-1 в количестве больше 2,17 мае. ч. приводит к излишне длительным срокам схватывания тампонажного раствора, к снижению прочности цементного камня и его коррозионной стойкости. Положительным свойством данного тампонажного раствора является отсутетвне вовлечения в смесь воздуха при затворении, о чем свидетель ствуют плотность и непроницаемость цементного камня, а также плотность тампонажного раствора, близкая к расчетной. Пример. Для испытания взяты исходные компоненты в количестве , г : Тампонажный портландцементПитьевая Нитрилотриметилфосфоновая кис 13,25 лота Олигомер СБ-1 50 что соответствует составу компонентов , мае. ч.: Тампонажный портландцемент, Питьевая вода Нитрилотриметилфосфоновая кис0,0075 лота Олигомер СБ-1 1,45 В воду вводят совместно НТФ и СБ-1 и тщательно перемешивают на лабораторной мешалке в течение 10 мин. Прсле этого готовят цементное тесто. Физические и механические свойства данного цементного раствора определяют по ГОСТ 1581-78.. Цементные камни получают путем разлива раствора по формам с последующим выдерживанием их в .термостате в водной среде при 75+3°С. Прочность цементных образцов на изгиб-определяется на испытательной машине МИИ-100, прочность на сжатие - на испытательной машине УММ-5, газопроницаемость на установке, изготовленной по методике Данюшевского B.C. Таким же образом определяются физические и механические свойства по другим вариантам составов. Испытание предлагае1У4ого тампонажного раствора способствует повышению надежности крепления нефтяных и газовых скважин, в продукции которых содержатся кислые газы, в частности сероводород.