Комплексный реагент для тампонажных растворов Советский патент 1992 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к креплению нефтяных, газовых и гидротермальных скважин с температурой до 200°С на забое, а именно к созданию реагентов для регулирования свойств тампонажных растворов.

Известно использование в качестве регуляторов свойств тампонажных растворов (для замедления сроков схватывания и повышения подвижности) лигноеульфонатов в количестве 0,3-0,5% к вяжущему.

Недостатками этих реагентов является снижение изолирующей способности раствора, его вспенивание, образование быс- тряков (участков цементного теста, где

схватывание наступает быстрее, чем в остальной массе). При добавках лигноеульфонатов наблюдается снижение коррозионной стойкости тампонажного камня.

Известно использование для регулирования свойств тампонажных растворов добавок 0,3-0,5% неорганических фосфатов. Их недостатками являются снижение изолирующей способности раствора, низкая термостойкость реагентов (80-100°С).

Известно применение органической добавки (молотого каменного угля, шлака, кокса) в сочетании с 0,2-1,0% ССБ в

О

о

-А

со

облегченных цементах, используемых для ликвидации зон поглощения при бурении скважин.

Недостатками получаемого тампонажного раствора являются короткие сроки схватывания, недостаточная подвижность, низкая изолирующая способность.

Цель изобретения - повышение изолирующей способности тампонажного раствора с сохранением пластифицирующего эффекта и замедления сроков схватывания до 200°С при одновременном обеспечении коррозионной стойкости тампонажного камня к агрессивным средам.

Поставленная цлеь достигается тем, что комплексный реагент содержит органическую основу, лигносульфонат и добавку, причем в качестве органической основы реагента используется углещелочной реагент (УЩР), а в качестве добавки - кремнийорга- ниче.ское соединение при следующем соотношении компонентов, мае.%:

УЩР48.0-50,0

Лигносульфонат45,5-50,0

Кремнийорганическое соединение1,5-2,0

УЩР - бурый уголь, обработанный щелочью. Он представляет собой натриевые соли Гумилевых кислот, содержание которых должно составлять не менее 35%.

В качестве лигносульфонатов могут быть использованы реагенты ССБ. СДБ,. КССБ как в жидком, так и сухом виде.

В качестве кремнийорганических соединений могут быть использованы ГКЖ, петросил,этилсиликат.

Все три компонента составляют комплексный реагент, выпускаются серийно и не являются дефицитными.

В результате протекающих реакций между вышеуказанными тремя компонентами образуется соединение, отличающееся более высокой молекулярной массой - 400000 - 550000 ед. Молекулярная масса УЩР, ССБ (СДБ, КССБ) составляет 100000 - 25000 ед.

В. новом комбинированном реагенте увеличено число карбоксильных и гидро- ксильных групп. Это обстоятельство, а также наличие кремнийорганических фрагментов повышает хемосорбционную активность реагента, а следовательно, эффективность пластифицирующего и замедляющего схватывание действия.

Комплексный реагент, вступая во взаимодействие с активными центрами кристаллических новообразований цемента, создает гелиевую систему в порах и капиллярах, Снижая проницаемость структуры

тампонажного раствора, что ведет к повышению его изолирующей способности .

Наличие в скелете линейной молекулы комплексного реагента ароматических ядер

обеспечивает высокую термостойкость его -до200°С.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Лигносульфонат смешивают с кремний0 органическим соединением и тщательно перемешивают. Компоненты могут быть как сухими, так и влажными. Но расчет производят только на сухое вещество. Затем двух- компонентную смесь вводят в УЩР,

5 влажность которого может доходить до 30%. Полученную трехкомпонентную систему сушат до получения порошкового материала. Реагент готов к применению.

Тампонажный раствор во всех случаях

0 готовят согласно ОСТа. Расчетное количество реагента (0,2-0,5% к массе вяжущего) вводят в воду затворения. Сухую тампонаж- ную смесь (66.0-72,7% ЩПЦС, или УЩЦ. или портландцемент) смешивают с водой

5 затворения, содержащей реагент, и перемешивают на мешалке в течение 3 мин.

Растекаемость определяют по конусу АзНИИ. Из этого раствора готовят призмы 2x2x10 см. которые твердеют в воде и сер0 нокислом магнии.

Для исследования изолирующей способности растворов к нижнему сечению пробы раствора через 60 мин, после его приготовления прикладывают давление 0,1

5 МПа, которое постепенно повышают до начала фильтрации поровой жидкости. Градиент начала фильтрации считают по формуле Р /h, где Р1 - давление начала фильтрации, h - высота пробы раствора. Сроки схватыва0 нмя тампонажных растворов определяют на автоклавах при.соответствующих температурах и давлениях.

При м е р 1 (известный реагент). Берут 50% сухого молотого каменного угля и сме5 шиваютс2% ССБ. Полученный состав тщательно перемешивают. Сухую смесь добавляют к воде затворения, куда вводят цемент ОЦГ в количестве 48%. Полученный состав имеет явно неудовлетворительные свойства:.

0 градиент фильтрации его крайне низок - О,

Коррозионная стойкость его весьма мала. В среде хлорида магния прочность на изгиб составила 6,3 через 180 сут и 0,25 через 360 сут.

5. ; ..

.Приме р 2. Берут 45,5% сухого ССБ и смешивают с 5 мл 30%-ного раствора Пет- росила (1,5% сухого), тщательно перемешивают и вводят 53,0% сухого УЩР (71,4 гр 30%-ной влажности). Тщательно перемешивают 3 мин и сушат. Реагент готов к использованию.

Готовят тампонажный раствор и вводят 0,2 г реагента в воду затворения. 66,53 г портландцемента смешивают с 33,27 мл воды затворения и получают тампонажный раствор. Исследуют физико-химические характеристики тампонажного раствора и камня. Начальный градиент фильтрации 4,5 МПа. Д - 26,0 см при В/Ц 0,49. Сроки схватывания тампонажного раствора: начало - 3 ч 50 мин; конец - 4 ч 30 мин (при 75°С). Раствор технологичен, хорошо прокачиваем. Прочность камня суточного твердения при изгибе 3,7 МПа, а при хранении 180 сут в 5%-ном растворе хлористого магния возросла до 6.8 МПа.

ПримерЗ. Берут 96 мл (50%) ССБ, содержащего 50% сухого компонента, смешивают с 6,5 мл 30%-ного ГКЖ (2% сухого). В полученный раствор двух реагентов вводят 48% сухого УЩР. Полученную пасту сушат. Реагент готов к использованию.

Берут сухой реагент и вводят в воду затворения в количестве 27 мл, затем вводят 72,7 г УШП и замеряют физико-химические характеристики полученного тампонажного раствора и камня. Начальный градиент фильтрации 3,2 МПа. Растека- емость 23,0 см. Сроки схватывания: начало -4 ч 20 мин; конец схватывания - 5 ч 00 мин (при 200°С). Прочность камня на изгиб в агрессивной среде через 1 сут 3,5 МПа, через 180 сут - 7,0 МПа.

Приме р4. Берут48,0% ССБ и смешивают с 1.7% этилсиликата.В полученную смесь двух реагентов вводят 50,3% УЩР.

Перемешивают трехкомпонентную смесь. Реагент готов к применению.

Берут сухой реагент в количестве 0,3 г, вводят в 27 мл воды. 72,7 г УШЦ затворяют приготовленной жидкостью, перемешивают и получают тампонажный раствор. Начальный градиент фильтрации 3,0 МПа. Растекаемость22,0 см. Начало схватывания тампонажного раствора 4 ч 00 мин, конец схватывания - 4 ч 30 мин (при 200°С). Прочность камня на изгиб в агрессивной среде через 1 сут 3.0 МПа, через 180 сут - 6,5 МПа.

Прим ер 5. Берут 3 компонента: Лет- росил-2%. КССБ 50%, УЩР48% и поочередно каждый вводят в воду затворения. Происходит резкое расслоение реагентов. Жидкость затворения, содержащая компоненты реагента, неоднородна. Происходит комкование цемента, характеристики ухуд- - шаются, изолирующая способность раствора 2,0 МПа, растекаемость 19,0 см, коррозионная стойкость снижается за 180 сут до 0.9 МПа.

Этот пример показывает, что реагент необходимо готовить по изложенной выше технологии. Простое смешение реагента не дает результата.

5В таблице приведены данные опытов,

выполненных аналогичным путем.

Оптимальными соотношениями являются 45,5 - 50,0% лигносульфонаты с 1.5- 2.0% кремнийорганики и 48,0-53,0% УЩР.

0 При запредельных количествах увеличения лигнрсульфонатовувеличивается пластификация, но снижается изолирующая способность и коррозионная стойкость камня за счет воздухововлечения. При увеличе5 нии УЩР наступает пептизация раствора и нарушается однородность его, что отрица,- теЛьно сказывается на свойствах раствора. Анализ данных показывает, что при введении реагента в тампонажный раствор он

0 изменяет ряд показателей тампонажного раствора: изолирующую способность, пластификацию, сроки схватывания.

Повышается коррозионная стойкость тампонажного камня. Данные показатели

5 выше при использовании каждого реагента, взятого отдельно, и известного. Причем повышение коррозионной стойкости камня обеспечивает охрану окружающей среды. Применение предлагаемого реагента

0 позволяет повысить качество крепления скважин и увеличить межремонтный период их эксплуатации.

Ф о р м у л а и з о б р е те н и я

1. Комплексный реагент для тампонаж5 ных растворов, содержащий органическую основу, лигносульфонат и добавку, отличающийся тем. что, с целью повышения изолирующей способности тампонажного раствора с сохранением пластифицирую0 щего эффекта и замедления сроков схваты- вания до 200°С и одновременным обеспечением коррозионной стойкости тампонажного камня к агрессивным средам, в качестве органической основы используют

5 .углещелочной реагент (УЩР), а в качестве добавки - кремнийорганическое соединение при следующем соотношении компо- - нентов. мас.%.

48,0-53,0 45.5-50,0

. УЩР

Лигносульфонэт /: Кремнийорганическое

соединение 1,5-2.0

2.Комплексный реагент по п. 1, о т л и ч а- ю щ и и с я тем. что в качестве лигносульфоната он содержит ССБ, или СДБ, или КССБ.

3.Реагент по п. 1., о т л и ч а ю щий с я тем, что в качестве кремнийорганического соединения он содержит ГКЖ, или петро- сил, или этилсиликат.

-г- 2...В опытах 14-15 асе реагенты (лигносульфонаты, кремнийорганические соединения, УЩР).смешивались одновременно..

3. бГ.опытах 16-17 смесь УЩР с кремнийорганимеским соединением- вводилась в лигносульфонат ;

Изобретение относится к креплению нефтяных, газовых и гидротермальных скважин с температурой до 200°С на забое. Цель изобретения - повышение изолирующей способности тампонажного раствора с сохранением пластифицирующего эффекта и замедления сроков схватывания до 200°С и одновременным обеспечением коррозионной стойкости тампонажного камня к агрессивным средам, Комплексный реагент (КР) содержит органическую основу в виде угле- щелочного реагента (УЩР), лигносульфонат и добавку в виде кремнийорганического соединения при, следующем соотношении компонентов, мас.%: УЩР 48,0-50,0; лигносульфонат 45,5-50,0; кремнийорганическое соединение 1,5-2,0. Способ приготовления КР включает перемешивание его компонентов, причем сначала смешивают лигносульфонат с кремнийорганическим соединением, затем полученную смесь вводят в УЩР и после перемешивания сушат при температуре 125. °С до остаточной ; влажности 28% (по массе к сухому реагенту), Использование КР повышает изолирующую способность тампонажного раствора, коррозионную стойкость цементного камня на его основе. При этом сохраняется пластифицирующий эффект. 2 з.п. ф-лы, 1 табл. (Л С