Способ получения композиции для регулирования сроков схватывания тампонажных растворов Советский патент 1992 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к горной и нефтегазодобывающей промышленности, а именно к составу, который может быть применен для регулирования сроков схватывания тампонажных растворов на основе гипсового вяжущего при изоляции поглощающих пластов в скважине.

В качестве регулятора сроков схватывания тампонажных растворов известна и п рименяется нитрилотриметилфосфоновая кислота (НТФ) предварительно растворенная в воде 1,2.

Недостатком НТФ в данном составе является ее невысокая эффективность.

Цель изобретения - повышение эффективности композиции для регулирования сроков схватывания тампонажных растворов на основе гипсового вяжущего.

Поставленная цель достигается тем, что при получении композиции растворенную в воде НТФ дополнительно обрабатывают до рН 5-7 аммиаком или аммиачной водой с последующим упариванием полученного раствора до содержания активных компонентов не ниже 65 мас.%чпри этом в качестве НТФ используют следующие реагенты: ИСБ-М-1 -отход производства НТФ на стадии центрифугирования или РСБ-500 - по- бочный продукт производства НТФ, полученный после частичного упаривания ИСБ-М-1.

Полученная таким способом композиция называется амифол и синтезирована впервые.

В качестве исходного сырья используются:

Х|

О

XI

сл XI

1)отход производства НТФ-ИСБ-М-1, соответствующий по составу и качеству ТУ 6-09-20-44-86 (с изм. 1, 2). Он представляет собой водный раствор НТФ - М(СН2РОзН2)з с примесью кислот общей формулы

Rn-N(CH2P03H2)3-n где п 1,2; FUC, СНз,

главным образом, метилиминодиметилфос- фонов ой кислоты (МИДФ, п 1, R СНз), а также фосфористой и сбляной кислот

ИЛИ

2)композиция РСБ-500, соответствующая по составу и качеству ТУ 6-02-3-310- 85 (с изм.1, 2, 3). Она представляет собой водный раствор НТФ и аминоалкилфосфо- новых кислот (в условном пересчете на НТФ не менее 30%), фосфористой кислоты (не более 10%), соляной кислоты (не более 8%).

Реакцию нейтрализации исходных продуктов газообразным аммиаком или аммиачной водой ведут до достижения рН 5-7 в реакционной смеси с последующим упариванием полученного раствора до пастообразного состояния при 90-110°С (при атмосферном давлении) или при 40-70°С (в вакууме, под давлением 0,1-0,5 кг/см2).

Расход аммиака регулировали таким образом, чтобы достичь рН 5-7 для реакцион- ного раствора. Увеличение расхода аммиака нецелесообразно, так как при рН 8 эффект увеличения сроков схватывания гипса и прочность образовавшегося камня те же, что и при использовании состава с рН 5-7, а значительное разбавление смеси аммиаком требует увеличения энергетических затрат при упаривании реакционной смеси.

При рН 5 содержание аммонийных солей в составе недостаточно, а наличие свободных кислот приводит к снижению прочности образующегося после застывания гипсовой смеси камня (обр.4 в табл.1), а также вызывает значительную коррозию аппаратуры.

Упаривают реакционную смесь до содержания суммы всЬх компонентов не ниже 65 мас.%. При снижении этого предела ниже 65 мас.% происходит расслоение смеси, что затрудняет и снижает эффективность ее использования.

В табл.1 приведен состав полученных продуктов, определенный методом элементного анализа (содержание общего фосфора, трехвалентного фосфора, ионов аммония, хлоридов), комплексонометриче- ским титрованием (содержание НТФ и сум- мы аминоалкилфосфоновых кислот), методом спектроскопии ПМР (мольные соотношения НТФ и МИДФ и их солей).

Для изоляции пластов при ликвидации аварийных ситуаций, когда время действия ограничено от 10 мин до 2,0-2,5 ч, весьма заманчиво воспользоваться гипсом, затворенным на воде. Однако такая смесь застывает в течение нескольких минут. Для растяжения сроков схватывания можно применить НТФ, но она очень дорога. Поэтому для увеличения эффективности за счет

0 регулирования сроков схватывания водо- гипсовой смеси при расходах реагента, значительно более низких по сравнению с расходом НТФ, предложен продуктамифол, цена которого ниже почти в 5 раз. Экономи5 ческий эффект достигается за счет как низкой цены амифола, так и снижения его расхода по сравнению с НТФ. Снижение цены амифола достигнуто за счет того, что этот продукт получают из отходов и побоч0 ных продуктов производства НТФ. Снижение расхода амифола достигается за счет синергетического действия аммонийных солей МИДФ, фосфористой и соляной кислот, которые присутствуют в амифоле. Эффек5 тивность действия композиции амифол и для сравнения НТФ определяли путем введения их в качестве добавок в состав полуводного гипса с последующим определением пределов схватывания

0 (табл.2) и прочности образовавшегося камня на растяжение при изгибе (табл.1),

Пример 1. К 100 мл ИСБ-М-1 прибавили 74,0 мл 25%-ного водного раствора аммиака до рН 5,6. Полученный продукт по5 еле упаривания содержал аммонийные соли кислот s следующих количествах, мас.%:

НТФ 19,2; МИДФ 13,4; НзРОз 14,2. HCI 31,9 и воду-21,3.

При растворении в 33,4 мл воды 0,02 г

0 этой смеси (0,004 г НТФ) и последующем введении 66,6 гипса получали смесь, которая содержала 0,02% амифола (0,004% НТФ) и имела пределы схватывания 9 мин. 27 сек. - 11 мин. 20 сек.

5 П р и м е р 2. Через 100 мл РСБ-500 пропускали газ аммиак до рН 7,0. После упаривания получили состав, который содержал, мас.%:

аммонийные соли: НТФ 27,8; МИДФ

0 24,1 ;НзРОз 7,1,-HCI 11,9 и воду 29,1.

При растворении 0,15 г этой смеси (0,04 г НТФ) в 33,4 мл воды и последующем введении в этот раствор 66,6 г гипса получали смесь, которая содержала 0,15% амифола

5 (0,04 % НТФ) и имела пределы схватывания 140 мин 05 с - 148 мин 15 с.

Остальные примеры приведены в таблице 2.

Приведенные в табл.1 и 2 данные свидетельствуют о том, го:

1)состав амифол более эффективен, чем отдельно взятая НТФ, в количестве, соответствующем содержанию ее в амифоле: пределы схватывания и прочность полученного камня обеспечиваются количеством амифола, в котором содержание НТФ значительно ниже, нежели то количество НТФ, которое затрачивается для получения тех же результатов при ее индивидуальном ис- пользовании в чистом виде;

2)для достижения пределов схватывания полуводного гипса в диапазоне 9 ми- нут - 2,5 часа необходимо и достаточно ввести в него 0,015-0,15 мас.% амифола. При введении меньше 0,015% или больше 0,15% диапазон времени схватывания выходит за указанные границы. Эти границы выбраны исходя из того, что в случае создания аварийной ситуации или необходимости изоляции пластов именно такой отрезок времени обычно требуется для проведения аварийных или изоляционных работ.

Эффективное действие на гипсовую смесь композиции амифол и достижение си- нергетического эффекта может быть объяснено с позиций смешанно-лигандного комплексообразования. Наличие в амифоле ионов аммония приводит к образованию комплексных соединений кальция - аммония (типа (NH4)2Ca(S04)2 , (IMH CafHaQn, где п 1,2; L - депротонированный остаток НТФ или МИДФ) с новыми, ранее неизвест- ными свойствами, обладающих достаточной прочностью и более высокой растворимостью по сравнению с СаЗСм, что приводит, в свою очередь, к замедлению процесса взаимодействия гипса с водой и замедлению сроков его схватывания.

Следует отметить, что существенным отличием является получение амифола путем обработки побочных продуктов производства НТФ, что позволяет утилизировать отходы производства НТФ, уничтожение которых ранее требовало использования специальной печи для сжигания и расхода дополнительного топлива для поддержания горения.

Таким образом, предлагаемый состав более эффективен, чем традиционно используемая НТФ, и может быть использован для быстрой ликвидации аварии, связанной с необходимостью изоляции пласта. Ожидаемый экономический эффект оценен по экономии НТФ и составляет 6,7 тыс. руб. на одну скважину.

Формула изобретения

Способ получения композиции для регулирования сроков схватывания тампонаж- ных растворов на основе гипсового вяжущего, включающий растворение нитри- лотриметилфосфоновой кислоты (НТФ) в воде, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности композиции, при растворении в воде НТФ дополнительно обрабатывают до рН 5-7 аммиаком или аммиачной водой с последующим упариванием полученного раствора до содержания активных компонентов не ниже 65%, при этом в качестве нитрилотриметилфосфоно- вой кислоты используют ИСБ-М-1 - отход производства нитрилотриметилфосфоно- вой кислоты на стадии центрифугирования или РСБ-500 - побочный продукт при производстве нитрилотриметилфосфоновой кислоты, полученный после частичного упаривания ИСБ-М-1.

Использование: для регулирования сроков схватывания тампонажных растворов. Сущность изобретения: отход производства нитрилотрифосфоновой кислоты со стадии центрифугирования (ИСБ-М-1) или побочный продукт производства нитрилотриди- метилфосфоновой кислоты РСБ-500, полученный после частичного упаривания ИСБ-М-1, нейтрализуют аммиаком или аммиачной водой до рН 5-7, с последующим упариванием полученной смеси до содержания активных компонентов не ниже 65 мас.%. 2 табл. сл с

Состав добавок для регулирования сроков схватывания и его влияние на свойства гипсового камня

Таблица 1

влияние добавок на сроки схватывания гипса

Таблица 2