Тампонажный раствор Советский патент 1992 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к тампонажным растворам для цементирования нефтяных и газовых скважин.

Известен тампонажный раствор, содержащий тампонажный цемент, воду и добавку, повышающую прочность цементного камня, В качестве последней использована нитрилотриметилфосфоновая кислота (НТО).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является тампонажный раствор для цементирования нефтяных и газовых скважин, содержащий тампонажный цемент. НТФ, гексаметилентетрамин и воду при следующем соотношении компонентов. мас,%: Тампонажный цемент 66.6500-66,6693 Нитрилотриметилфосфоновая кислота0,0004-0,015 Гексаметилентетрамин 0,0003-0,005 Вода Остальное

Недостатком известного раствора является усадочность формируемого цементного камня и его недостаточно высокая адгезия к металлу.

Целью изобретения является повышение адгезии формируемого цементного камня к металлу при сохранении высокой прочности и придание ему расширяющихся свойств.

Поставленная цель достигается тем, что тампонажный раствор для цементирования нефтяных и газовых скважин, включающий тампонажный цемент, нитрилотриметил- фосфоновую кислоту воду и добавку, в качестве добавки содержит продукт взаимодействия гексаметилентетрамина с хлорпроизводными ненасыщенных углеводородов Сз и Сз при следующем соотношении компонентов, мас.%: Тампонажный цемент 70,8155-71,8287 Нитрилотриметилфосфоновая кислота0,0071-0,0215

сл

с

ч

N О О N О

Продукт взаимодействия

гексаметилентетрамина с

хлорпроизводными ненасыщенных углеводородов

СэиС40,0532-0,2153

ВодаОстальное

Продукт взаимодействия гексаметилентетрамина с хлорпроизводными ненасыщенных углеводородов Сз и СА представляет собой жидкость от желтовато- оранжевого до бордового цвета, температура застывания не менее -15°С. Препарат Бактерицид не горюч и невзрывоопасен, по степени воздействия на организм относится к 3-му классу опасности - веществам умеренно опасным. Указанный реагент применяется для защиты от деструкции и адсорбции химических реагентов, используемых для повышения нефтеотдачи пластов, а также предотвращения биообра- зований и биокоррозии в нефтедобыче.

Установлено, что продукт взаимодействия гексаметилентетрамина с хлорпроизводными ненасыщенных углеводородов Сз и СА энергично способствует образованию гидросульфоалюминатов р процессе гидра- тации портландцемента, действуя как ингибитор адсорбции активных компонентов тампонажного раствора. Это приводит к интенсивному взаимодействию компонентов тампонажного раствора. расширению объема твердеющей массы, повышению ее адгезии к металлу.

Тампонажный раствор приготовляется простым смешением компонентов. Предварительно растворяют в воде расчетное ко- личество НТФ и продукта взаимодействия гексаметилентетрамина с хлорпроизводными ненасыщенных углеводородов Сз и СА и в полученном растворе производится затво- рение тампонажного цемента. Технология цементирования с использованием предлагаемого тампонажного раствора не отличается от общепринятой.

Для исследования были приготовлены тампонажные растворы с различным содер- жанием компонентов, определены их граничные и средние значения.

В таблице представлены физические и механические свойства тампонажных растворов.

Пример. Для приготовления 1 л тампонажного раствора при соотношении компонентов, мас.%:

Тампонажный цемент71.7721

Нитрилотриметилфосфоновая кислота0.0215

Продукт взаимодействия

гексаметилентетрамина

с хлорпроизводными ненасыщенных углеводородов

СзиСл02153

Вода27,9911

необходимое количество компонентов определяли по формуле

m v у а,

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

v - объем тампонажного раствора, л;

у- плотность тампонажного раствора, г/см3:

а - процентное массовое содержание компонента.

mi 1406,7331 г цемента: гп2 0.4214 г НТФ; тз 4,2199 г препарата Бактерицид. гтм 548,6256 г воды.

Жидкость затворения готовили путем растворения в 548.6256 г воды 0,4214 г НТФ и 4,2199 г продукта взаимодействия гексаметилентетрамина с хлорпроизводными ненасыщенных углеводородов Сз и СА.

Тампонажный цемент затворили на приготовленной жидкости.

Последовательность приготовления составов, указанных в таблице, аналогична описанной и отличается лишь количеством компонентов.

Физические и механические свойства тампонажного раствора и цементного камня определяли известными методами.

Объемные изменения тампонажного раствора при твердении определяли по методике с использованием прибора Жигача- Ярова.

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

В металлический стакан со сьемным дном концентрично устанавливают металлический стакан меньшего диаметра и в кольцевое пространство заливают предлагаемый и известный растворы, Затем стакан помещают в термостат и выдерживают при Т 75°С в течение суток. После этого съемное дно удаляют и на прессе YMM-5 выдавливают внутренний стакан. По величине усилия отрыва внутреннего стакана определяют напряжение сцепления (адгезию) цементного камня с металлом.

Результаты исследований, описанных в примере, представлены в опыте 12 таблицы.

Результаты аналогичных испытаний тампонажных растворов представлены в таблице.

Предлагаемый тампонажный раствор формирует цементный камень (опыты 7-14) с лучшими физико-механическими свойствами в сравнении с прототипом (опыты 1 -6).

При содержании продукта взаимодействия гексаметилентетрамина с хлорпроизводными ненасыщенных углеводородов Сзи

С4 более 0,2153 мае.% (опыт 16) при средних значениях содержания других компонентов происходит интенсификация структурооб- разования, вследствие чего снижается ее подвижность до 16 см по конусу АзНИИ и тампонажный раствор становится непригодным для закачивания при помощи цементировочных агрегатов. Содержание препарата Бактерицид менее 0,0532 мас.% (опыт 15) не повышает расширение цементного камня и его адгезию к металлу.

При содержании НТФ менее 0,0071 мас.% (опыт 17) малые сроки схватывания не позволяют использовать тампонажный раствор в условиях умеренных температур.

Содержание НТФ более 0,0215 мас.% (опыт 18) увеличивает сроки схватывания тампонажного раствора, при этом не повышается прочность и адгезия к металлу цементного камня.

При содержании тампонажного цемента менее 70,3136 мас.% формируемый цементный камень имеет прочность и адгезию к металлу, меньшую в сравнении с прототи- пом (опыт 19).

При содержании цемента более 72,3485 мас.% тампонажный раствор имеет малую (16 см) растекаемость (опыт 20).

Добавка уротропина в тампонажный раствор в большом количестве либо удлиняет сроки схватывания при незначительных прочности и расширении цементного камня (опыт 21). либо не обладает пластифицирующими свойствами, что не обеспечивает

нормальную подвижность раствора (опыт 22).

Таким образом, предлагаемый тампонажный раствор позволяет получить расширяющийся цементный камень с повышенной адгезией к металлу при сохранении технологически необходимых сроков схватывания, подвижности и прочности.

Применение предлагаемого тампонажного раствора для цементирования обсадных колонн в сложных горно-геологических условиях позволит повысить качество и долговечность крепления скважин. Формула изобретения Тампонажный раствор, включающий тампонажный цемент, нитрилотриметил- фосфоновую кислоту, воду и добавку, отличающийся тем, что. с целью повышения адгезии цементного камня к металлу при сохранении высокой прочности и придания ему расширяемости он в качестве добавки содержит продукт взаимодействия гексаме- тилентетрамина с хлорпроизводными нена- сыщенных углеводородов Сз и Сл при следующем соотношении компонентов. мас.%:

Тампонажный цемент 70,8155-71,8287 Нитрилотриметилфос- фоновая кислота0,0071-0,0215

Продукт взаимодействия гексаметилентетрамина с хлорпроизводными ненасыщенных углеводородов СзиС40,0532-0,2153

ВодаОстальное

Известный состав

Сущность изобретения: раствор содержит, мас.%: тампонажный цемент 70,8155- 71,8287; нитрилотриметилфосфоновая кислота 0,0071-0,0215; продукт взаимодействия гексаметилентетрам ина с хлорпроиз- водными ненасыщенных углеводородов Сз и С4 0,053-0,2153: вода остальное. Добавку растворяют в воде, затем затворяют цемент. Расширение камня до 1,8%, сцепление с металлом до 2,98 МПа. 1 табл.

Примечания,

лпэ-иг.