Тампонажный раствор для крепления скважин в соленосных отложениях Советский патент 1991 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к тампонажным растворам для цементирования нефтяных и газовых скважин в соленосных отложениях в условиях нормальных температур.

Цель изобретения - повышение прочностных и адгезионных свойств при одновременном повышении расширения цементного камня.

Тампонажный раствор для крепления скважин в соленосных отложениях включает тампонажный цемент, хлорид натрия, воду и в качестве добавки - алкилбензилдиметиламмоний хлорид (катамин АБ) при следующем соотношении компонентов, мас„ %:

Тампонажный

цемент

Хлорид натрия

Катамин АБ

Вода

Применяемый в составе алкилбензил- диметичаммоннй хлорид с радикалом

71,393-72,990

2,890-8,084

0,004-0,036

Остальное

P. C,0- (катамин АБ) относится к классу четвертичных аммониевых солей и представляет собой прозрачную жидкость от бесцветной до желтой, Экспериментально установлено, что катамин АБ и хлорид натрия при совместном применении в предлагаемом растворе повышают прочностные и адгезионные свойства при одновременном повышении расширения цементного камня, проявляя эффект совместного действия.

Как показали исследования, при совместном применении катамина АБ и хлорида натрия в тампонажном растворе повышается прочность на изгиб в 1,2-1,7 раза по сравнению с известным раствором (составляет 2,55 - 3,20 МПа соответственно), адгезия к металлу - в 1,5-1,8 раза (1,20 - 1,32 МПа и 1,80-2,30 МПа соответственно) , а расширение твердеющей массы достигает +0,42% против +0,1% у известного,,

Тампонажный раствор готовят следующим образом.

Расчетное количество тампонажного портландцемента загружают в цементно- смесительные машины В жидкость зат-- ворения вводят расчетное количество хлорида натрия и катамина АБ, тща- тельно перемешивают буровым насосом или цементировочным агрегатом. Цементирование обсадной колонны проводят по. общепринятой технологии.

Для исследования тампонажных растворов в лабораторных условиях были приготовлены составы с различным содержанием компонентов, определены их граничные и средние значения

Приме PC, Для приготовления 1 л тампонажного раствора по опыту 16 (см0 таблицу) требуемое количество компонентов опредепяется по формуле

ш V-fl, a,

где m - масса компонента в 1 л тампонажного раствора;

V - объем тампонажного раствора,л

К - плотность тампонажного раствора, л;

а - содержание компонента,мас,%0

2,0-71 416

100

1428 г цемента

2,0-5,199 1П,

т„ ----ггГ - (- ц г хпорида натрия -- iuU

т, 0,36 г катамина АБ

пь

- 7 -4

МЛ ВОДЬ

5 0 5

0

Q

Q

5

5

Для приготовления тампонажного раствора в отдельную емкость наливают 467 мл воды и при постоянном перемешивании вводят 104 г хлорида натрия и 0,36 г катамина АБ„ Продолжительность перемешивания 3-5 мин (до полного растворения реагентов). В другую емкость (сферическую чашу) помещают 1428 г цемента и 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.

Объемные изменения тампонажных растворов определяются по методике с использованием прибора, аналогичного прибору для определения набухания грунтов.

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

В металлический стакан со съемным дном устанавливают металлический стакан меньшего диаметра и в кольцевое пространство заливают испытуемый там- понажный раствор. По истечении 2 сут твердения в воде при комнатной температуре на прессе УММ-5 выдавливают внутренний стакан, фиксируя значение усилия его отрыва от цементного камня.

Для приготовления тампонажного раствора (известных и предлагаемого) используют тампонажный портландцемент марки ГЩТ Д20-50 Коркинского цементного завода, хлорид натрия по ГОСТ 13830-84, хлорид кальция по ГОСТ 450-77 и катамин АБ.

В таблице приведены результаты лабораторных исследований. Из таблицы видно, что известные составы, содержащие только хлорид натрия, обладают недостаточной прочностью, адгезией к металлу и малым значением расширения формируемого камня (опыты 1-4). Добавки хлорида кальция к этим растворам сокращают сроки схватывания, но прочностные и расширяющиеся свойства остаются практически на одном и том же уровне (опыты 5-9). Содержание только катамина АБ в тампочажном растворе (опыт 30) практически не улуч

тает адгезию и расширение цементного камня (1,32 МПа + 0,1%), хотя в сравнении с известными предлагаемый состав имеет повышенную прочность при из гибе (3,8 МПа).

Разработанные тампонажные растворы представлены в опытах 10-23. Содержание катамина АБ в пределах 0,004- 0,036 мас„% обеспечивает тампонажному раствору при нормальной подвижности и сроках схватывания по ГОСТ 1581-85 повышенную прочность при изгибе (до 5,5 МПа), адгезию (до 2,3 МПа) и расширение цементного камня (до 0,42%).

Содержание катамина АБ менее 0,004 мас0% (опыт 26) не обеспечивает рост прочности и расширение (и из 2,81 МПа, А 1,26 МПа, AV +0,1%).

Содержание катамина АБ более 0,036 мас.% (опыт 27) ухудшает подвижность тампонажного раствора (растека- емость 16 см), делает его непригодным для крепления скважин.

Оптимальное содержание хлорида натрия определено в пределах 2,890- 8,084 мас0%оПри содержании хлористого натрия 8,084 мас.% наступает предел насыщения водного раствора, при содержании менее 2,890 мас.% (опыт 29) тампонажный раствор имеет малые сооки схватывания ( 2 ч 30 мин), а цементный камень сравнительно малые прочность, адгезию и расширение.

Оптимальные содержания тампонажно- о цемента в пределах 71,393 - 2,990 мас.%: При содержании цемента более 72,990 мас.% (опыт 26) тампонажный раствор имеет низкую подвижность (16 см), при содержании менее 71,393 мас„% (опыт 25) формируемый цементный камень имеет невысокие значения прочности, адгезии и расширения Таким образом, тампонажный раствор обладает лучшими свойствами по сравнению со свойствами известного раствора, а именно: повышенными прочност

I

15

|„

5

20

25

30

0

5

ными, адгпионно-мн свойствами при одновременном повъпсснии расширения цементного KSMH4,

При t 60СС малые сроки схватывания (начало слзатывання меньше 1 ч 45 мин опыты 35-38) позволяют и поль- зовать тампо 1ж ый раствор.

При с 50 л 5°С удовлетворительные (в пределах ГОСТ 1581-85) сроки схватывания, повышенные в сравнении с известным раствором прочностные, адгезионные свойства и расширение цементного кам-тг (J0932 и )5

При t 10°С увеличенные сроки схватывания5 нчзкие прочностные и адгезионные свойства,, а цементный камень имеет усадсчность Сопытьт 43-46) 0

На основании этого можно утверждать, что тампоиажный раствор может быть эффективно использован в условиях нормальных температур (15-50°С).

Применение тампонажного раствора для цементирования обсадных колонн в соленосных обложениях позволит г - высить качество и долговечность крепления

Формула изобретен и я

Тампонажный раствор для крепления скважин в соленоскых отложениях, включающий тампонажчыг цемент9 хлорид натрия, воду и добавку, отличающийся тем5 что. с целью повышения прочностных и адгезионных свойств при одновременном повышении расширения цементного камня, он з качестве добавки содержлт алкилбензилдиметил- хлорид при следующем соотношении компонентов хас„ %:

Тампонажный цемент

Хлорид натрия

Алкилбензилдиметиламмоний хлорид

(катамин АБ)

Вода

71,393-72,990 2,890-8,084

0,004-0,036 Остальное

Изобретение относится к бурению скважин. Цель изобретения - повышение прочностных и адгезионных свойств при одновременном повышении расширения цементного камня. Тампонажный раствор для крепления скважин в соленосных отложениях включает тампонажный цемент, хлорид натрия, воду и в качестве добавки - алкилбензилдиметиламмо- ний хлорид (катамин АБ) при следующем соотношении компонентов, мае %: тампонажный цемент 71,393-72,990, хлорид натрия 2,890-8,084, катамин АБ 0,004-. 0,036, вода остальное. Алкилбензилди- метиламмоний хлорид с радикалом R Ctn- С(й (катамин АБ) относится к Ъ классу четвертичных аммониевых солей и представляет собой прозрачную жидкость от бесцветной до желтой„ Катамин АБ и хлорид натрия при совместном применении повышают прочностные (в 1,2-1,7 раза) и адгезионные свойства (в 1,5-1,8 раза) при одновременном повышении расширения цементного камня. Тампонажный раствор может быть эффективно использован в условиях нормальных температур (15-50°С)0 1 табл. СЯ

Известные составы

0,67

27,73- U

25,3924

22,2824

22,9219

29,

3-405-153, i1,18+0,1

5-357-552Ј811, 2+0,1

9-4012-402,561.10fO,1

5-508-00 2,731,10+0,1

3-554-202,301,22+0,1

Продолжение таблицы