Тампонажный раствор Советский патент 1984 года по МПК E21B33/138 

111 Изобретение относится к креплению нефтяных и газовых скважин, в частности к коррозионностойким тампонажным материалам, предназначенным для цементирования скважин в лродукщш содержатся кислые компоненты - сероводород, углекислота и другие, и может быть использовано в неф тяной и газовой промышленности. Известен тампонажиый раствора. 1, содерж щий портландцемент, нитрилотриметилфосфоновую кислоту и .воду при следукяцем соотношешш компонентов, мас.%: Тампонажный портландцемент 66,65-66,67 Нитрилотриметилфосфоновая кислота0,0005-0,03 ВодаОстальное Недостатками этого тампонажного раствора являются низкая коррозионная стойкость в КИСЛЫХ средах и в среде сероводородной агрессии, что сказывается на долговечности цементного на его основе, а также усадка при твердении цементного камня. Наиболее близкшм по технической суащост к достигаемому результату к изобретению яв ется тампонажный раствор 2, включающий портландцемент, нитрилотриметилфосфоновую кислоту, дрбавку (олигомер СБ-1) и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: Портландцемент71,19-73,00 Нитрилотриметилфосфоновая кислота0,007 -0,008 Олигомер СБ-10,35-2,17Вода28,46-25,36 Недостатком известного тампонажного раст вора является усадка цементного кгалия.на его основе. Цель изобретения - предотвращение усадки цементного камня при сохранении высокой коррозионной стойкости цементного камня в кислой среде и в среде сероводородной агрессии и высоких технологических показате лей раствора. Указанная цель достигается тем, что тампо нажный раствор, включакшдш тшпошжный портландцемент, нифилотриметилфосфоновую кислоту, добавку и воду, в качестве добавки содержит диэтшоламин шга мояоэтаноламин при след ющем соотношении компонентов, мас.%: Тампонажный портландцемент71,66-75,25 Йитрилотриметилфосфоновая кислотаОД)2 -0,03 Диэтаноламкн или NIOHOэтанол мин0,,58 ВодаОстальное Введение в состав предлагаемого тампонажного раствора дазтаноламина или моноэтаноламина позволяет снизить водоцементное отношение и ингибировать цементный камень. Водные растворы моно- и диэтаноламины (МЭА, ДЭА) - органические основания, получаемые при взаимодействии окиси этилена и аммиака и неограниченно растворимые в воде. Этанолат ганы выпускаются Салаватским НХК по ТУ 6-02-916-74. Экспериментально установлено, что они обладают пластифицирующим действием на цементные растворы. Нитрилотриметилфосфоновая кислота является диспергатором суспензии тампонажного раствора. Совместное их хи1мико-физическое воздействие на тампонажный раствор обладает синергическим, т. е. взаимоусиливающимся, эффектом, способствующим разжижению и значительному снижению водоцементного отношения тампонажного раствора, позволяя получать прочный и коррозионностойкий цементный камень при сохранении удовлетворительной прокачиваемосТИ., , ,,-. Ингибирующее воздействие моно- и дйэтаноламинов на цементный камень заключается в том, что при гидратации портландцемента в их присутствии происходит образование зттрингита ЗСаО-А1,2Оз- ЗСаЗО -З HgO и уменьшение количества Са(ОН)2, способного к взаимодействию с HjS. Образование эттрингита способствует увеличению в объеме цементнрго камня в ранние сроки твердения, в результате чего он получается напрягающимся и безусадочным, с пониженной газопроницаемостью и повышенной коррозионной стойкостью. Тампонажный раствор приготавливается простым механическим смеш гоанием компонентов. Приготовление и применение его не требует дополнительных капитальных затрат. Пример 1. Взяты для испытания исходные компонеить в количестве, г: тампонажный портландцемент 2500; вода 994; Нитрилотриметилфосфоновая кислота 0,75; монозтаноламин 6,25; что соответствует слерующему составу компонентов, мас.%: тампонажный портландцемент 71,81; вода 27,98; .нитрилотриметалфосфоновая кислота 0,02; монозтаноламин 0,19.. П р и м е р 2. Взяты для испытания исходнь1е компоненты в количестве, г: тампонажный портландцемент 2500; вода 994; Нитрилотриметилфосфоновая кислота 0,75; диэтаноламин 6,25, что соотв етствует следующему составу компонентов, мас.%: тампонажный портландцемент 71,81;. вода 27,98; нитрилотримелшфосфоновая ки.слота 0,02; диэтаноламнн 0,19. В воду совместно вводят НТФ и моноэтаноламин или диэтаноламин и тщательно перемешивают на. лабораторной мешалке в течение 10 мин. После этого готовят цементное тесто. Физические и механические свойства данного цементного раствора определяются по ГОСТ 1581-78. Цементные камни получают путем разлива . раствора по формам с послед)тощим выдержи ванием их в термостате .в водной среде при 75±3°С., При введении этаноламинов в тампонажный раствор в процессе гидратации происходит ин бирование формирующего цементного камня, в результате чего он становится непроницаемы и коррозионностойким. Готовят цементные растворы и стандартные балочки 40x40x160 м В середину образцов закладываются стальные пласт;ины марки С-75, которые взвешены с точностью до 5 знака и промаркированы. После суточного твердения .балок при их помещают в кассеты, которые устанавлива ют в промысловый газопровод с содержанием сероводорода до 4,5%, давлением 7,5 МПас выдержкой в тече1ше 6 мес. После этого из балочек извлекают металлические пластины, очищают от цемента, промывают спиртом и взвешивают. На каждый состав закладывается По три образца. Потерю массы пластины от коррозии берут средней по трем образцам на каждый состав. . Адгезионные свойства цементного камня с керном из плотного известняка и металлом определяют следующим образом. В металлический стакан со съемным дном устанавливают керн из плотного известняка строго по центру стакана и в кольцевое пространство между керном и стаканом заливают предлагаемый и известный тампонажнь1е растворы. Затем стакан помещают в термостат и выдерживают при t 75 С в течение суток. После этого его помещают дополнительно в ванну с водой на 2 ч при комнатной температуре. Съемное дно удаляют и на прессе УММ-5 выдавливают сначала керн, затем цементное кольцо. Таким образом опре деляют величину сцепления керна с цементным копытам и цементного кольца с металлом. 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 В. С. Таким же образом определяются физические и механические свойства по другим, вариантам составов приведенных в табл. I и 2. По результатам испытаний приняты граничные значения компонентов раствора. Из приведенных в табл. 1 и 2 данных видно, что введение этаноламина в количестве 0,09-0,58 мас.% в тампонажный раствор при относительно равном соотношении остальных компонентов является наиболее оптимальным вариантом соотношения компонентов и обеспечивает высокие технологические показатели раствора. В этом случае при удовлетворительной растекаемости происходит значительный прирост прочности на изгиб и сжатие, достигается полная газонепроницаемость, а также высокий коэффициент коррозионной стойкости. Введение этаноламина в количестве, меньшем 0,09 мас.%, приводит к недостаточному снижению водоцементного отношения, .что отрицательно сказывается на коэффициенте коррозионной стойкости и прочности цементного камня. Введение этаноламина в количестве, больше 0,58 мас.%, при- . водит. к снижению прочности цементного камня и снижению его коррозионной стойкости. При введении в состав тампонажнсго раствора монозтанолашна или диэтаноламина антикоррозионные, прочностные и адгезионные свойства цементного камня сохраняются на достаточно высоком уровне (табл. 1 и 2). Как следует из табл. 1, образцы предлагаемого раствора увеличивают свой объем, в то время как образць тампонажного раствора на основе олигомера СБ-1 дают усадку. Увеличение размеров тампонажного раствора в пластовых условиях способствует наиболее полному перекрытию кольцевого пространства между эксплуатационной колонкой и стенками скважины.С Использование предлагаемого тампонажиого раствора будет способствовать повышению надежности крепления нефтяных и газовых скважин, в продукции которых содержатся Кислые газы, в частности сероводород.

ii

гч и о о

г Т. . Ч

о- IР-н

+ 4-+

«л Oi /sT о и t- 00- оо f.- 00 °Ч, о о о 5 о о

ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР, включаюцдий тампонажный портландцемент, ни±рило-фиметилфосфоновую кислоту, добавку и воду,, отличающийся тем, что, с целью предотвращения усадки цементного камня при сохранении высокой коррозионной стойкости цементного камня в кислрй среде и среде сероводородной агрессии и высоких технологических показателей раствора, он в качестве добавки содержит диэтанояамин или моноэтаноламин при следующем соотношении компонентов, мяс.%: Тампонажный портландцемент71,66-75,25 - Нитрилотриметилфосфоновая кислота0,02-0,03 Диэтнламин или монозтаноламин 0,09-0,58 Вода Остальное

ч. ч п

г- С ОО S (S -ч

.

5Я 1

0

I

я

«л Л

-I«П

«л1Л

и 2

I .

Д ul. g

р. ч п

; CTv. «л fs «л t «1 «т

-г Н-чсо{S

«

t о г- VO со оо

о «л «л Ч л о

л л л

Р «л о о 1Л щ

г - Л гч го rs

(«1-нелСЧт}со

. я.

в С: Я

«о «п

t- t

ЛVJ

2 S

ч

о

. -.S

8 S5

лСГ

iiI

«.S

о ,

2 8

-г « t- r- CS

«ч

оГ оо с оо С- 2

.-I«I(X Ч1-4-

1 OS. Ov О О о

ю f«л

«л t

«- гг

I

Л ГЛ

л

ю

г

3

S

S

сэ

fS Ч

г

S.

ч

ч

ч, ч

и и

S

2 л

S Е

Oj-00

00Ф

.

§ I

1Ло

S Sv

8

s о

s.

S°О.0

о

«S

. «

n

0

ч

3Х

«л1-1

t t

о

00

ч о

Таблица 2