Тампонажный раствор
Иллюстрации
Показать всеРеферат
Сущность изобретения: раствор содержит , мас.%: тампонажный цемент 70,8155- 71,8287; нитрилотриметилфосфоновая кислота 0,0071-0,0215; продукт взаимодействия гексаметилентетрам ина с хлорпроизводными 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.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ.
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4843354/03 (22) 16,04:91 (46) 15,06.92, Бюл. N. 22 (71) Волго-Уральский научно-исследовательский и проектный институт по добыче и переработке сероводородсодержэщих газов (72) П.Ф.Цыцымуш ки н, С. Р, Хайруллин, А.П.Тарнавский, З,Н.Кудряшова, В,И.Девшин, Б.В.Михайлов, Ю.Д,Морозов и
Т.Б.Крюкова (53) 622.245.42 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
N 825861, кл. Е 21 B 33/138, 1979.
Авторское свидетельство СССР
N.1033710, .кл, .Е 21 В 33/138, 1981.
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 (НТФ).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является тампонажн ый 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 кислота 0,0004-0,015
Гексаметилентетрамин 0,0003-0,005
Вода Остальное
„„!Ж„„1740629 А1 (54) ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР (57) Сущность изобретения: раствор содержит, мас.%: тампонажный цемент 70,815571,8287; . нитрилотриметилфосфоновая кислота 0,0071 — 0,0215; продукт взаимодействия гексаметилентетрамина с хлорпроизводными 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, 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, нитрилотриметилфосфоновую кислоту. воду и добавку. в качест- ю ве добавки содержит продукт взаимодействия гексаметилентетрамина с хлорпроизводными ненасыщенных углеводородов Сз и С4 при следующем соотношенй и компонентов, мас.%:
Тампонажныи цемент 70,8155-71,8287
Нитрилотриметилфосфоновая кислота 0,0071-0,0215
1740629
25
40
71.7721
0.2153
Продукт взаимодействия гексаметилентетрэмина с хлорпроизводными ненасыщенных углеводородов
Сзи С4 0,0532- 0,2153
Вода Остальное
Продукт взаимодействия гексаметилентетрамина с хлорпроизводными ненасыщенных углеводородов Сз и С4 представляет собой жидкость от желтоватооранжевого 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 биообрэзований и биокоррозии в нефтедобыче.
Установлено. что продукт взаимодействия гексаметилентетрамина с хлорпроизводными ненасыщенных углеводородов Сз и С4 энергично способствует образованию гидросульфоалюминатов р процессе гидратации портландцемента, действуя как ингибитор адсорбции активных компонентов тампонажного раствора, Это приводит к интенсивному взаимодействию компонентов тамгюнажного раствора. расширению объема твердеющей массы. повышению ее адгезии к металлу, Тампонажный раствор приготовляется простым смешением компонентов. Предварительно растворяют в воде расчетное количество НТФ и продукта взаимодействия гексаметилентетрэмина с хлорпроизводными ненасыщенных углеводородов Сз и С4 и в полученном растворе производится затворение тампонажного цемента. Технология цементирования с использованием предлагаемого тампонажного раствора не отличается от общепринятой.
Для исследования были приготовлены тампонажные растворы с различным содержанием компонентов, определены их граничные и средние значения.
B таблице представлены физические и механические свойства тампонажных растворов.
Пример. Для приготовления 1 л тампонажного раствора при соотношении компонентов, мас.%:
Тампонажный цемент
Нитрилотриметилфосфоновая кислота 0.0215
Продукт взаимодействия гексаметилеИтетрамина с хлорпроизводными ненасыщенных углеводородов
Сзи С4
Вода 27,9911 необходимое количество компонентов определяли по формуле
m-- ч у а, где m — масса компонента в 1 л тампонажного раствора, г; ч —,объем тампонажного раствора, л; — плотность тампонажного раствора, г/см; а — процентное массовое содержание компонента.
mi = 1406,7331 r цемента; гп = 0,4214 r
НТФ; m3 =4,2199 r препарата "Бактерицид"; пц = 548,6256 г воды.
Жидкость затворения готовили путем растворения в 548.6256 г воды 0,4214.r НТФ и 4,2199 r продукта взаимодействия гексаметилентетрамина с хлорпроизводными ненасыщенных углеводородов Сз и С4.
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 ЖигачаЯрова.
Адгезионные свойства цементного камня по отношению к металлу определяют следующим образом.
В металлический стакан со съемным дном концентрично устанавливают металлический стакан меньшего диаметра и в кольцевое plpocTpBHcT80 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 УММ-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 цемен.гный 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 Сз и
1740629
С4 более 0,2153 мас. (опыт 16) при средних значениях содержания других компонентов происходит интенсификация структурообразования, вследствие чего снижается ее подвижность до 16 см по конусу АзНИИ и 5 тампонажный раствор становится непригодным для закачивания при помощи цементировочных агрегатов. Содержание препарата "Бактерицид" менее 0,0532 мас. (опыт 15) не повышает расширение 10 цементного камня и его адгезию к металлу.
При содержании НТФ менее 0,0071 мас.о (опыт 17) малые сроки схватывания не позволяют использовать тампонажный раствор в условиях умеренных температур. 15
Содержание НТФ более 0,0215 мас, (опыт 18) увеличивает сроки схватывания тампонажного раствора, при этом не повышается прочность и адгезия к металлу цементного камня. 20
При содержании тампонажного цемента менее 70,3136 мас. формируемый цементный камень имеет прочность и адгезию к металлу, меньшую в сравнении с прототи- 25 пом (опыт 19).
При содержании цемента более 72,3485 мас, тампонажный раствор имеет малую (16 см) растекаемость (опыт 20).
Добавка уротропина в тампонажный 30 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 35 нормальную подвижность раствора (опыт
22).
Таким образом, предлагаемый тампонажный раствор позволяет получить расширяющийся цементный камень с повышенной адгеэией 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, нитрилотриметилфосфоновую кислоту, воду и добавку, о т л ич а ю шийся тем, что. с целью повышения адгезии цементного камня к металлу при сохранении высокой прочности и придания ему расширяемости он в качестве добавки содержит и родукт взаимодействия гексаметилентетрамина с хлорпроизводными ненасыщенных углеводородов С3 и С4 при следу.ющем соотношении компонентов. мас, :
Тампонажный цемент 70,8155 — 71,8287
Нитрилотриметилфосфоновая кислота 0,0071-0.0215
Продукт взаимодействия гексаметилентетрамина с хлорпроиэводными ненасыщенных углеводородов
Сз и С4. 0,0532 — 0,2153
Вода Остальное
1740629
Изменение объема затеердевания массы,8 (-усадка;
+расширение) растекаемость ° см
Содериание компонентов ° мас.8
Иапряхенне сцепления с иеталлсм, ИПа
Предел проннос» ти изги бе, ИПа
Плотность, гlсмз
Сроки схватывания час мнн
Препарат мБактерицидн
Вода
Уротропнн
Цемент. конец
Иэве
1,43
1,55
1,75
t,62
1,50
1,75
1,82
1,82
1,82
1,82
1 ° 82
2,0
3-00
3-20
5-55
-50
-45
4-20
66,6697
66,6993
66,6660
66,6500
66,6445
72,9767
2-10
2-30
5-00
6«35
7-00
3-00
3,90
4 13
6,02
4,15
3,90
5,92
0,0003
0,0004
0,0030
0,0150
0,0200
О ° 0164
22
22
19
0,0002
0,0003
0,0010
0,0050
0,0055
О ° 0055
-0,03
-0,02
-0,01
+0,01
+0,01
О, I 996
0,0536
0,1416
0,2153
П р и и е н а н и я. 1. Лабораторные исследования проводились прм температуре 75>С, давлении 0,1 ППа, 2. В опь>тах 2,3,6,16 применяли ПЦТ.Д20-100 Кувасайского цементного завода, в остальных опытахПЦТ Л20- 100 Иовотронцкого завода
3. В опытах 7,9,14 использовали препарат мБактернцидм марки Л4Э-IIO, в опытах В,lt - парки ЛПЭ-11; в опытах 12> 15,16,23,24 - марки ЛПЗ-tte; в опытах 10,17,18 - марки ЛПЭ- 11в> е остальных - марки
ЛПЭ-tlã.
Составитель А.Шишкин
Техред М.Моргентал Корректор П.Гереши
Редактор и/1,Циткина
Заказ 2061 Тираж . Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101
8
11
12
13
14
I6 .17
18
19
21
22
23
70,8792
71,3674
71,3165
71,2911
71,2708
71,7721
71 ° 8287
70.3136
71,3877
71,2403
71,2974
71,2835
71,3136
72,3485
66,5203
71,3776
70,8115
71,8287
0,0071
0,0142
0,0142
0,0143
О ° 0071
0,0215
0,0143
0,0141
0,0215
0,0143
0,0054
0,0249
О, 0141
0,0144
0,0200
0,0178
0,0142
О, 0215
Пред
0,0532
О ° 0714
О ° 1426
0,1782
0,2136
0,2153
0,1437
0,1406
0>0357
0,2493
О, 1782
0,1782
0 ° 1406
0,1447 стный состав
33,3298
33,3000
33 ° 3300
33.3300
33 33О0.
27,0014 лагаемый состав
29>0605
28,5470
28,5267
28,5164
28,5083
27,9911
28,0133
29,5307
28,5551
28 ° 4961
28,5190
28 5134
29,5317
27 4924
33,2601
28,5510
29,0327
27,9345
20,5
20,5
20,5
21.
19
19
16
19
19
22
16
19
1,ЕВ
1>92
1,90
i,8â
I ° 88
l,96
1,94
1;ЕВ
1,89
I 90
1,90
1 ° 90
1,86
1,97
1>85
1,91
1,88
1,92
4-20
4-.30
5-00
5-30
4-50
5-20
4- 00
4-50
5-.00
3-00
2-00
7-50
5-15
4-00
9-00
6-00
4-50
4-45
5-10
5-00
5-30
"00
5-20
6-10
5 00.
5-30
5-40
4-15
3-40
I0-ОО
6-15
4-50
11-20
8-10
5-30
5-30
6,10
5. 92
5,88
6,53
5,58
6,20
6,12
6 ° 05
5,15
4,10
5,58
4 0
4,15
5,95
4 ° 01
6,20
6,05
6,20
2,75
2,82
2,72
2,83
2,96
2,64
2,98
2,83
1,75
2,0
2 45
1,70
1,60
2,72
1 ° 77
1,95
2,83 .
2 ° 65
+0,5
+0;5
+О 7
+0,8
+1,5
+l,2
+1,8
+1,0
+0,0t
+2,0
+1,0
+1,0
+0,8
+1 ° 5
+О, 01
+0,07
+1,0
+1,2