Утяжеленный тампонажный раствор Советский патент 1992 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к области цементирования глубоких скважин, в частности к составам для цементирования скважин с аномально высокими пластовыми давлениями.

Утяжеленные цементы получаются за счет введения в цемент утяжеляющей добавки с низкой водопотребностью, что позволяет снизить водоцементный фактор и за счет этого повысить плотность тампонажно- го раствора.

Самая высокая утяжеленная способность смеси с хромитовой рудой при удельной поверхности 2600-3000 см2/г, при этих величинах самая низкая водопотребность смеси цемент-хромитовая руда и наивысшая удельная масса. Поэтому смеси готовили при частоте оборотов 4000 об/м.

В утяжеленных растворах водоцемент- ное отношение равно 0,3,однако при таком низком водоцементном соотношении возникает проблема создания хороших реологических свойств, обеспечивающих высокую подвижность тампонажных растворов Эта проблема решается путем введения в тампонажный раствор различных пластификаторов, модифицирующих поверхность твердой фазы тампонажного раствора, увеличивающих смачиваемость твердых частиц и уменьшающих трение между ними в процессе прокачивания.

Известны утяжеленные цементы марки УЦГ-1 и УЦГ-2, разработанные во ВНИКР- нефти.

Утяжеленные цементы в качестве вяжущего содержат цемент для горячих скважин и гранулированные шлаки металлургических заводов. Утяжелителем является руда Криворожского месторождения. Для повышения подвижности утяжеленных цементов УЦГ-1 и УЦГ-2 повышается водоце- ментное отношение от 0,3 до 0,35 путем введения дополнительного количества воЈь

Ю 00

ды. В результате снижается плотность состава,

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому результату является утяжеленный тампонажный состав, включающий цемент и хромитовую руду. Недостатком известного состава является недостаточные показатели реологических свойств, растекаемости, вязкости, сроков схватывания. Кроме того, получаемый цементный камень обладает недостаточной прочностью.

Целью изобретения является улучшение реологических свойств состава: подвижности, вязкости, сроков схватывания цементного камня, увеличение прочности.

Поставленная цель достигается тем, что известный утяжеленный тампонажный состав на основе цемента и хромитовой руды, содержит дополнительно оксиэтилирован- ный моноэтаноламин как пластификатор и дифолон как замедлитель сроков схватывания при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Цемент30-46

Хромитовая руда30-46

Оксиэтилированный

моноэтаноламин0,3-0,5

Дифолон0,05-0,075

ВодаОстальное

Наличие отличительных признаков по сравнению с прототипом подтверждает новизну заявляемого состава.

Применение оксиэтилиро ванного моно- этаноламина и дифолона в тампонажном составе, веществ, ранее не применявшихся в тампонажных растворах, обеспечивает при высокой подвижности раствора снижение водопотребности, увеличение сроков схватывания, уменьшается вязкость и как следствие снижаются гидравлические потери, увеличивается прочность тампонажного раствора при закачке и продавке раствора в скважине. Применявшиеся ранее добавки снижают прочность камня.

Таким образом выявлено, что рассматриваемый объект проявляет свойства, которые не проявляются в прототипе. Заявляемое решение соответствует критерию существенные отличия. Других реше- ний, имеющих признаки, сходные с прототипом, не выявлено.

Оксиэтилированный моноэтаноламин представляет собой маслянистую жидкость темно-коричневого цвета с запахом. Хорошо растворим в воде, t кипения выше 300 С с разложением, среднетоксичный, технологичен, уд.масса 1,05, неогнеопасен.

Вещество новое, ТУ еще не разработаны, предполагается выпуск в крупнотоннажном масштабе в Шебекино, имеет формулу НОСН2СН2МН(СН2СН20) Н.

Дифолон - технологический промышленный отход производства нитрилотриметилфосфоновой кислоты термостойкой (ТУ6-09-5283-86), содержащей нитрилотри- метилфосфоновую кислоту с примесью ими- нометилфосфоновых кислот и фосфористой кислоты (не менее 15%), соляной кислоты

0 (10-15%) в сочетании с ингибитором коррозии типа катапин КИ-1 (0,5-1,0%) и оксиэти- лидендифосфоновой кислотой (5-7%). Представляет собой темно-зеленую однородную жидкость без запаха (допускается

5 наличие мути), смешивается с водой, минеральными кислотами, щелочными растворами, спиртами. Дифолон является малотоксичным препаратом, слабо кумули- руется в организме, не обладает способно0 стью гореть, не взрывается, рН в пределах 1-1,5, дешевый продукт.

Тампонажную смесь готовят следующим образом.

Необходимое количество дифолона и

5 оксиэтилированного моноэтаноламина растворяют в соляной (30% NaCI) воде. На полученном водном растворе затворяют приготовленную в дезинтеграторе смесь цемента и хромитовой руды.

0 Приготовление тампонажного состава для проведения испытаний проводили следующим образом.

П р и м е р. В чашу для затворения вносят обработанную в дезинтеграторе

5 1000 г смеси, которая содержит 600 г цемента и 400 г хромитовой руды. Затем готовят воду затворения, 0,75 г дифолона и 5 г моноэтаноламина оксиэтилированного растворяют в небольшом количестве соленой

0 воды (30% NaC) и доводят объем до 300 мл в широком цилиндре.

Полученный раствор вводят в чашу с активированной смесью цемента и хромитовой руды, тщательно перемешивают и испы5 тывают полученный тампонажный раствор по ГОСТ 1581-85.

Испытания составов с различными соотношениями компонентов проводят аналогичным образом, проведены также

0 испытания свойств состава по прототипу. Составы и технологические параметры утяжеленного тампонажного состава приведены в таблице и подробно описаны в акте лабораторных испытаний.

5 Как видно из таблицы, состав по прототипу, затворенный на водопроводной и соленой воде, для достижения необходимой растекаемости требует 0,45-0,4 воды, в результате не получается утяжеленный раствор с водопроводной водой и его сроки

схватывания недостаточны - начало схватывания через 1ч 50 мин и 2 ч 10 мин.

При использовании соленой воды при В/С 0,4 получается тампонажный раствор с удельной массой 2220-2260 кг/м3.

При введении дифолона и оксиэтилиро- ванного моноэтаноламина водосмесевое соотношение снижается до 0,3 при сохранении необходимой подвижности раствора, удельная масса растет от 2300 до 2420 кг/м . Сро- ки схватывания увеличиваются до 4 ч, 4 ч 35 мин. Кроме того, наблюдается рост прочности цементного камня, у прототипа она равна 2,9 МПа, а в заявляемом составе 4,8 МПа.

При запредельных значениях соотношений компонентов при увеличении содержания цемента состав перестает быть утяжеленным, а при увеличении количества хромитовой руды падает прочность камня. При уменьшении количества моноэтаноламина оксиэтилированного до 0,1 растет во- допотребность смеси, вследствие чего уменьшается плотность. При увеличении количества моноэтаноламина снижается прочность, идет расслоение, а при увеличении содержания дифолона до 0,1 увеличиваются сроки схватывания, падает прочность. При уменьшении количества дифолона до 0,02 сроки схватывания недостаточны.

Из таблицы следует, что предлагаемый состав обладает рядом преимуществ по сравнению с прототипом, а именно улучшенными реологическими свойствами в условиях скважин с аномально-высокими пластовыми давлениями.

Предлагаемый утяжеленный тампонажный состав обеспечивает надежный контакт цементного камня с породой. Снижение во- допотребности тампонажной смеси при хороших реологических показателях позволит получить растворы высокой плотности, а цементный камень с низкой газопроницаемостью и высокой прочностью (на изгиб и сжатие) позволит получить высокое качество разобщения пластов, обеспечит надежный контакт цементного камня с колонной и породами.

Формула изобретения Утяжеленный тампонажный раствор, включающий цемент, хромитовую руду и воду, отличающийся тем, что, с целью улучшения реологических свойств при одновременном увеличении сроков схватывания раствора и повышении прочности цементного камня, он дополнительно содержит ок- сиэтилированный моноэтаноламин и дифолон при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Цемент30-46

Хромитовая руда30-46

Оксиэтилированный моноэтаноламин0,05-0,075

Дифолон0,3-0,5

ВодаОстальное.

Сущность изобретения: раствор содержит следующие компоненты, мас.%: цемент 30-46, хромитовая руда 30-46, оксиэтили- рованный моноэтаноламин 0,05-0,075; ди- фолон 0,3-0,5, вода - остальное до 100%. Для утяжеления раствора в качестве жидкости затворения используют также растворы солей. Смешивают цемент и руду в дезинтеграторе. Сухую смесь затворяют на водном растворе добавок. Плотность раствора 2,28-2,42 г/см3, прочность на изгиб до 5,0 МПа. 1 табл.

0,075

О 33 --3

16 30

f

3,5

f ,

5

Z 3

e Зг-Я нля

752f.;3

- -I- 0

23, 0

:s;s

370

ij,

2Z

ч,Э J.u 5 О, ч L. l

,3

3

1-ъь

S3 ,5

:-ie 4-25

,-.0

;-nS