Тампонажный раствор для цементирования нефтяных и газовых скважин Советский патент 1991 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к бурению скважин.

Цель изобретения - снижение водоцементного отношения при сохранении подвижности тампонажного раствора и одновременном повышении прочностных и адгезионных свойств цементного камня,

Тампонажный раствор для цементирования нефтяных и газовых скважин, включающий тампонажный цемент (ПЦТ), нитрилотриметилфосфоновую кислоту (НТФ), воду и добавку, в качестве последней содержит алкилбензилдиметиламмонийхлорид при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Тампонажный цемент

Нитрилотриметилфосфоновая

кислота

Алкилбензилдиметиламмонийхлорид

Вода

Применяемый в составе алкилбензил- диметиламмонийхлорид с радикалом R Cio-Ci6 (катамин АБ) относится к классу четвертичных солей и представляет собой прозрачную жидкость от бесцветной до желтой, хорошо растворимую в воде.

71,3954-72,9767

0,0182-0,0255

0,0037-0.0255 Остальное

о -N

ю

Как показывают исследования, при совместном применении катамина АБ и НТФ водоцементное отношение тампонажного раствора при сохранении технологически необходимых сроков твердения и прокачи- ваемости снижается в 1,3 раза (с 0,5 до 0,37) в сравнении с известным. При этом предел прочности на изгиб цементного камня повышается в 1,2 раза (с 6,05 до 7,2 МПа), адгезия к металлу повышается в 1,7 раза (с 1,75 до 2,98 МПа).

Тампонажный раствор приготавливается простым механическим смешиванием компонентов.

Для исследования готовят тампонажные растворы с различным содержанием компонентов, определяют их граничные и средние значения.

Пример. Требуется приготовить там- понажный раствор при следующем соотношении компонентов, мас.%:(таблица, опыт 10):

ПЦТ72,9687.

НТФ0,0255

Катамин АБ0,0074

Вода26,9984

Требуемое количество компонентов определяют по формуле

-уа,

где m - масса компонента в 1 л тампонажного раствора, г;

V - объем тампонажного раствора, л; у- плотность тампонажного раствора, г/см3;

а - содержание компонента, %

1,96-72,9687-100

т1 100

нажного раствора ;

1430 г тампот2 1,96.0.0о255-100 0|499гнтф; тз 1,96-0,0074-100 0145гката.

мина АБ;

ГЛ4

1.96-26,9984-100 100

529 мл воды.

Для приготовления 1 л тампонажного раствора в отдельную емкость наливают 529 мл воды, добавляют 0,499 г НТФ и 0,145 г катамина АБ и перемешивают в течение 3-5 мин до полного растворения реагентов. В другую емкость, например в сферическую чашу, помещают 1430 г цемента, в один прием вливают водный раствор реагентов и перемешивают в течение,3 мин.

Физические и механические свойства тампонажных растворов определяются по ГОСТ 1581-85 и ГОСТ 26798.0-85 - ГОСТ 26798.2-85.

Адгезионные свойства цементного камня по отношению к металлу определяют следующим образом.

В металлический стакан со съемным

дном концентрично устанавливают металлический стакан меньшего диаметра и в кольцевое пространство заливают испытуемый раствор. Затем стакан помещают в термостат и выдерживают при 75°С в тече0 ние суток. После этого его помещают в ванну с водой на 2 ч комнатной температуры. Съемное дно удаляют на прессе УММ-5 и выдавливают внутренний стакан. По величине усилия отрыва внутреннего стакана оп5 ределяют напряжение сцепления цементного камня с металлом.

Для приготовления тампонажных растворов (предлагаемого и известного) используют тампонажный портландцемент ПЦТ

0 Д20-100, нитршютриметилфосфоновую кислоту по ТУ 6203-20-72-86 и катамин АБ по ТУ 6-01-816-75.

В таблице приведены результаты лабораторных исследований.

5Из таблицы видно, что известный состав

(опыты 1-5) имеет нормальную подвижность при водоцементном отношении 0,5, Снижение его значения до 0,37 (опыт 6) ухудшает растекаемость до 16 см и делает

0 тампонажный раствор не пригодным для цементирования обсадн.ых колонн.

Содержание только НТФ (опыт 21) при удовлетворительных сроках схватывания не дает заметного улучшения прочностных и

5 адгезионных свойств цементного камня, хотя пластификация раствора имеет место (водоцементное отношение 0,45 и потому предел прочности 4,3 МПа), а содержание только катамина АБ (опыт 22) сокращает

0 сроки схватывания до 1 ч 50 мин - 2 ч, что дел ает тампонажный раствор технологически непригодным для цементирования обсадных колонн.

Совместное применение НТФ и катами5 на АБ в тампонажном растворе показано в опытах 7-14.

Оптимальное содержание катамина АБ определено в пределах 0,0037-0,0255 мас.%. Содержание катамина АБ выше или

0 ниже этого предела в тампонажном растворе не дает повышения прочности и напряжения сцепления цементного камня с металлом в сравнении с прототипом (опыты 15 и 16).

5При содержании НТФ, равном 0,0147

мас.% (опыт 17), тампонажный раствор имеет малые сроки схватывания (2 ч 30 мин - 3 ч 20 мин), а при содержании 0,0281 мас.% (опыт 18) прочность цементного камня не выше прочности цементного камня по прототипу, поэтому оптимальное содержание НТФ определено в пределах 0,0182- 0,0255 мас.%.

Содержание тампонажного цемента в пределах 71,3954-72,9767 мас.% является оптимальным, так как при содержании цемента менее 71,3954 мас.% (опыт 19) в растворе цементный камень имеет недостаточные прочность и адгезию, более 72,9767 мас.% (опыт 20) тампонажный раствор ухудшает свою подвижность (растека- емость 17 см).

Таким образом, тампонажный раствор обладает более высокими прочностными и адгезионными свойствами цементного камня по сравнению с аналогичными свойствами известного раствора при сохранении необходимых технологических параметров и сроков схватывания.

Применение предлагаемого тампонажного раствора для цементирования обсадных колонн в условиях умеренных температур позволяет повысить качество и долговечность крепления скважин.

Формула изобретения

Тампонажный раствор для цементирования нефтяных и газовых скважин.

включающий тампонажный цемент, нит- рилотриметилфосфоновую кислоту, воду и добавку, отличающийся тем, что, с целью снижения водоцементного отношения при сохранении подвижности раствора и одновременном повышении прочностных и адгезионных свойств цементного камня, он в качестве добавки содержит алкилбензилдиметиламмонийхлорид при следующем соотношении компонентов,

мас.%:

Тамлонажный цемент 71,3954-72,9767

0

Нитрилотриметилфосфоновая

кислота

Алкилбензилдиметиламмонийхлорид

Вода

0.0182-0,0255

0.0037-0.0255 Остальное

Примечание.

Лабораторные исследования проводятся при 75°С, давлении 0,1 МПа. В опытах 2,3.9,14 применяют ПЦТ Д20 - 100 Кувасайского цементного завода, в остальных опытах ПЦТ Д20-100 Новотроицкого завода.

Изобретение относится к бурению скважин. Цель - снижение водоцементного отношения при сохранении подвижности тампонажного раствора и одновременном повышении прочностных и адгезионных свойств цементного камня. Темпонажный раствор содержит тампонажный цемент. нитрилотриметилфосфоновую кислоту, воду и добавку, в качестве которой используют алкилбензилдиметиламмонийхлорид при следующем соотношении компонентов, мае.%:тампонажный цемент 71,3954 72.9767; нитрилотриметилфосфоновая кислота 0.0182-0.0255; алкилбензилдиме- тиламмонийхлорид 0,0037-0,0255, вода остальное. Водоцементное отношение тампонажного раствора при сохранении необходимых сроков твердения и прокачиваемости снижается в 1,3 раза, а прочность цементного камня при изгибе повышается в 1,2 раз, адгезия к металлу - в 1,7 раза. (Л С