Тампонажный раствор для крепления скважин в соленосных отложениях

 

Изобретение относится к бурению скважин. Цель изобретения - повышение прочностных и адгезионных свойств при одновременном повышении расширения цементного камня. Тампонажный раствор для крепления скважин в соленосных отложениях включает тампонажный цемент , хлорид натрия, воду и в качестве добавки - алкилбензилдиметиламмоний хлорид (катамин АБ) при следующем соотношении компонентов, мае %: тампонажный цемент 71,393-72,990, хлорид натрия 2,890-8,084, катамин АБ 0,004-. 0,036, вода остальное. Алкилбензилдиметиламмоний хлорид с радикалом R Ctn- С(й (катамин АБ) относится к Ъ классу четвертичных аммониевых солей и представляет собой прозрачную жидкость от бесцветной до желтой„ Катамин АБ и хлорид натрия при совместном применении повышают прочностные (в 1,2-1,7 раза) и адгезионные свойства (в 1,5-1,8 раза) при одновременном повышении расширения цементного камня. Тампонажный раствор может быть эффективно использован в условиях нормальных температур (15-50°С)0 1 табл. СЯ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1

Д1)S Е 21 В 33/138

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТИРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4647508/03 (22) 09.02.89 (46) 23.12.91. Бюл. ¹- 47 (71) Волго-Уральский научно-исследовательский и проектный институт по добыче и переработке сероводородсодержащих газов (72) П.Ф. Цыцымушкин, С.P Хайруллин, А.П. Тарнавский, 3.Н. Кудряшова, В.Н. Левшин и Б.В. Михайлов (53) 622.245.42(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1629484, кл. Е 21 В 33/138, 09.01.1989.

Булатов A.È. и др ° Регулирование технологических показателей тампонажных растворов. — М.: Недра, 1988, с. 58-59. 59-60, (54) ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР.ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ

СКВАЖИН В СОЛЕНОСНЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ (57) Изобретение относится к бурению скважин. Цель изобретения — повышение прочностных и адгезионных свойств при

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к тампонажным растворам для цементирования нефтяных и газовых скважин в соленосных отложениях в условиях нормальных температур.

Цель изобретения — повышение прочностных и адгезионных свойств при одновременном повьппении расширения цементного камня, Тампонажный раствор для крепления скважин в соленосных отложениях вклю2 одновременном повьппении расширения цементного камня. Тампонажный раствор для крепления скважин в соленосных отложениях включает тампонажный цемент, хлорид натрия, воду и в качестве добавки — алкилбензилдиметиламмоний хлорид (катамин АБ) при следующем соотношении компонентов, мас. Ж: тампонажный цемент 71,393-72,990, хлорид натрия 2,890.-8,084, катамин АБ 0,004-, 0,036, вода остальное. Алкилбензилдиметиламмоний хлорид с радикалом R =

=С о — С18 (катамин АБ) относится к классу четвертичных аммониевых солей и представляет собой прозрачную жидкость от бесцветной до желтой. Катамин АБ и хлорид натрия при совместном применении повьппают прочностные (в

1,2-.1,7 раза) и адгезионные свойства (в 1,5-1,8 раза) при одновременном повышении расширения цементного камня.

Тампонажный раствор может быть эффективно использован в условиях нормальных температур (15-50 С), 1 табл. чает тампонажный цемент, хлорид натрия, воду и в качестве добавки— алкилбензилдиметиламмоний хлорид (катамин АБ) при следующем соотношении компонентов, мас. Е:

Тампонажный цемент 71 393-72,990

Хлорид натрия 2,890-8,084

Катамнн АБ 0,004-0,036

Вода Остальное

Прнменяемьп. в составе алкилбензилдиметнламмоний хлорид с радикалом

1700201 портландцемента загружают в цементносмесительные машины. В жидкость зат-варения вводят расчетное количество хлорида натрия и катамича ЛБ, тщательно перемешивают буровым насосом или цементироночным агрегатом. Цементирование обсадной колонны проводят по,общепринятой технологии.

Для исследования тампонажных растворов в лабораторных условиях были приготовлены составы с различным содержанием компонентов, определены их граничные и средние значения.

Пример, Для приготовления 1 л тампонажного раствора по опыту 16 (см. таблицу) требуемое количество компонентов опреде.ляется по формуле

m - =V («a где и. — масса компонента в 1 л тамповажного раствора; 50 объем т.1ь1пона ногo pHcTBopR> ; плотность тампонажного раствора, л; содержанц компонента,мас.%..

2,0 ° 71, 416 — 1428 г цемента 55

100

2,0 ° 5,199

m„— 104 г;;- о1лц.а натрия и, .-10

Р = С <0 С 8 (катамин ЛБ) относится к классу четвертичных аммониеных солей и представляет собой прозрачную жидкость от бесцветной до желтой.

Экспериментально установлено, что катамин AS и хлорид натрия при сов местном применении н предлагаемо|-. растворе повышают прочностные и адгеэионные свойства при одновременном 10 повышении расширения цементного камня, проявляя эффект совместного действия.

Как показали исследования, при совместном применении катамина АБ и хлорида натрия н тампонажном рас.т; . воре повышается прочность на изгиб в 1,2-1,7 раза по. сравнению с извест ным растнором (составляет 2,55—

3,20 МПа соответственно), адгезия к 20, металлу — н 1,5-1,8 раза (1,20—

":,32 МПа и 1,80-2,30 МПа соотнетственно), а расширение твердеющей массы достигает +0,42% против +0,1% у известного. 25

Тампонажный раствор готовят следующим образом, Расчетное количество тампонажного

2 О 0 018 !!! = - - - — — = 0 16 г кятамина AB

3 100

m — — --- 467 мл воды

2,0.23 367

Для приготовления тампонажного раствора в отдельную емкость наливают 467 мл воды и при постоянном перемешинании вводят 104 г хлорида натрия и 0,36 г катамина АБ„ Продолжительность перемешивания 3-5 мин (до полного растворения реагентов). В другую емкость (сферическую чашу) помещают

1428 г цемента и в один прием вливают водный раствор реагентов и перемешинают в течение 3 мин.

Физические и механические свойства тампонажных растворов определяются по I0CT 1581-85 и ГОСТ 26798;0-85

ГОСТ 26798.2-85.

Объемные изменeíèÿ тампонажных растворов определяются по методике с использованием прибора, аналогичного прибору для определения набухания грунтов.

Адгеэионные свойства тампонажного камня по отношению к металлу определяют следующим образом.

В металлический стакан со съемным дном устанавливают металлический стакан меньшего диаметра и в кольцевое пространство заливают испытуемый тампанажный раствор. ITо истечении 2 сут твердения в воде при комнатной температуре на прессе УМЯ-5 выдавливают внутренний стакан, фиксируя значение усилия его отрыва от цементного камня, Для приготовления тампонажного раствора (иэвестных и предлагаемого) используют тампонажный портландцемент марки ПЦТ Д20-50 Еоркинского цементного завода, хлориц натрия по ГОСТ

13830-84, хлорид кальция по ГОСТ

450-77 и катамин ЛБ.

В таблице приведены результаты лабораторных исследований. Из таблицы видно, что иэвестнь|е составы, содержащие только хлорид натрия, обладают недостаточной прочностью, адгезией к металлу и малым значением расширения формируемого камня (опыты 1-4). Добавки хлорида кальция к этим растворам сокращают сроки схватывания, но трочностные и расширяющиеся свойства остаются практически на одном и том же уровне (опыты 5 — 9). Содержание только катамина AS в тампонажном растворе (опыт 30) практически не улуч1700201

>>дгезия >

НПа

1":зменение объема, 2

+расширение

-усадка

Прочность

Сроки скватывания

Плотность> г/см> теопыпрн нчг 1б."., T5I" ть> тов начало,(конец, час- часмин, мин, составы

1,90

Известные

27,73 24

68>96 3>31

3-40

5-35

3 /

5-15

7-55

1. l8

+0,1

68>96

68,96

5,65

8,76

5,65

1,93

1 95

1,98 г 8!

1.! 2

25,39 гг,г8

22,92

29> 57, +0.1

9-40 12-40

2 56

1.!O

0,1

8-00

4-20

4, 71,43

66,22

5-50

2,73

2,З0

i, 10

+0>i

3,54

0,67

3-55

1,88

1>гг шает адгеэию и расширение цементного камня (1,32 МПа + 0,1%), хотя в срав— нении с известными предлагаемый состав имеет повышенную прочность при из-, гибе (3,98 МПа).

Разработанные тампонажные растворы представлены в опытах 10-23. Содержание катамина АБ в пределах 0,0040,036 мас.7. обеспечивает тампанажнаму 10 раствору при нормальной подвижности и сроках схватывания по ГОСТ 1581-85 повышенную прочность при изгибе (до

5,5 МПа), адгезию (до 2,3 МПа) и расширение цементного камня (до 0,42%)

Содержание катамина АБ менее

0,004 мас.X (опыт 26) не обеспечивает рОСт ПрОЧНОСтИ И раСШИрЕНИЕ ((71лэ

= 2,81 р111а, А = 1,26 МПа, ДЧ =+0,1%).

Содержание катамина АБ более

0,036 мас.X (опыт 27) ухудшает подвижность тампанажного раствора (растекаемость 16 см), делает его непригодным ,цля крепления скважин.

Оптимальное содержание хлорида 25 натрия определено в пределах 2,8908,084 мас.7..При содержании хлористого натрия 8,084 мас.X наступает предел насьпцения водного раствора, при со;держании менее 2,890 мас.7 (опыт 29) тампонажный раства13 имеет малые с17оки схватывания (2ч 30мин), а цементный камень сравнительно малые прочность, адгеэию и расширение.

Оптимальные содержания тампонажно- . о цемента в пределах 71,393—

2,990 мас.7.: При содержании цемента ! ,более 72,990 мас>% (опыт 26) тампонажный раствор имеет низкую подвижность (16 см), при содержании менее 4О

71,393 мас.X (опыт 25) формируемый цементный камень имеет невысокие значения прочности, адгезии и расширения.

Таким образом, тампонажный раствор обладает лучшими свойствами по сравнению со свойствами известного раствора, а именно: повьппенными прочностСодеркание компонентов, мас. 2

ПЦТ Хлорид Хлорид ката- Вода натрия кальция мин АБ

НЫМН ПЦГЕ ЭДОНЕ," н11i СВОЙСтнаМН ПРК ОД навременном павьпсанки расптирення це— ментнога камня, При t - 60"0 маль1е сраки схватывания (нач,=,ла ;::.эатывания маньп;е 1 ч

45 мин опгнты =5-38) позволяют н"пал1.— зовать тампанп2 16>й раствор.

При i = 50 := l5 С удовлетворительные (в пределах ГОСТ 1581-85) сроки схватывания. повышенные в сравнении с известным рас" варам прочностные, адгеэианные свойства и расширение цементного кам:-я (- ;0,32 и +0„45%).

При t = 10"С увеличенные сроки схватывания, н экие прочностные и адгезианные свойства, а цементный камень имеет уса."а1насть 1"-,опыты 43-46), На основании этога можно утверждать что ".ампанажньп1 раствор может быть эффективна использован в условиях нармальньг температур (15-50 С).

Применение та:".понажнаго раствора для цементирования обсадны. колонн в саленасных атJòæÿíèÿõ позволит T высить качества н ">oëãàâåчность крепления скважин, Ф а р и у л а э о б р е т е н и я

Тампонажнь1й раствор для крепления скважин в саленасных отложениях, включающий тампонзж-."ы1-. цемент, хларид натрия> воду и доаавку> а т л и ч а ю шийся тем,, чта„ с целью повышения прочностнь:х и адгезионных свойств

ПРИ ОДНОВРЕМЕННОМ г1аВЫШЕНИИ РаСШИРЕния цементнага камня, он в качестве добавки содержит алкилбенэилдиметилатЪаний хлорид при следующем соотношении компонентов, мас. 7:

Тампонажный цемент 71,393-72,990

Хлорид натрия 2,890-8,084

Алкилбензилд1п1етил вЂ, амманий хлаэяд (катамин AS) 0,004-0 036

Вола Остальное

1700201

Продолжение таблицы

Содержание компонентов, мас. 2

Изменение объема, Х

+расширение

-усадка

Сроки схватывания

Прочность при из гибе, ИПа

Ацгеэин, ИПа

Плотастеаеость, ность> г/см> опыВода

Хлорид Хлорид натрия кальция

Катамин АБ

ПЦТ тов конец, часначало, час1

1>90

25,21 24

68,49

68,49

5,61

0,69

0,69

4-35

2,7Э 1 ° 26

2,65 1,25

5-10

tOt1

8-20 10-40

8-50 11-10

9-20 11-20

8,72

8,66

7, 1,93

+0,1

22,00

21,95

21,80

8, 68,03

1,36

2,03

2,02

2,70 1,32

2,55 1,20

+0 1

+0>1

9. 67,57 8,60

2,02

Предлагаемые составы при температуре 22 С и давлении

0,1 ИПа

3,24 1,85

0,004 25,712 24 1,93 3-30

О, 03(> 18, 890 19 2, 08 4-00

0,036 25,505 21 1,90 4-15

10. 71>393 2,891

11. 72,990 8,084

4-45

+0,35

5-00

3,72

4,28

4,47

5,38

+0,42

+0,35

+0,35 а0,42

2,10

3,056

3, 056

2, 891

2,890

5-00

1,80

25,510 21 1,90 4-50

24,115 20 1,94 4-40

0,018

0,007

5-20

1>85

2,0

5-15

2,30

0,004 24, 116 19 1,95 4-05

4-45

+0,42

5 50

23,363 20 2,00 5-10

23,367. 20 2>00 5-25

6-50

+0> tl2

+О>40

+0,40

5,198

0,036

0,018

5,50

4,80

2>30

2;10

6-45

5,199

4, 912

4,912

0,007 22>094 19 2,00 3-40

0,004 22,094 .19 2,00 3-40

5,03

5-00

2,10

4,63

5-00

1,85

2>05 7-00

2,06 7-10

8-40

20,489

20,479

4,23

4,28

2,10.

2,10

8,082

8i082

8,084

7,642

7,642

О, 036

0,036

8-40

0,018 20,482 20 2,06 7-40

4,28

9-20

2,30

2>10

1,85

19,364 19,5 2,08 7-00

19,364 20 2,08 7-40

9-15

3,70

0,007

0>007>

10-00 3,60

0,018 23,783 22 1,90 7-10

0,007 18,927 16 2,07 4-!О

8-20

2,80

+0 2

5,290

7>492

5,200

5,198

2, 445

3,24

+0,3

5-30

19 1,96 3-40

16 1, 96 4-10

2,81

5-00

6-00

О, 003

23,371

23,362

+0,1

2,81

0,04

+0,1

3,24

0,007 24,561 21 1,94 2-30

0,007 28,567 19 1,93 5-15

4-00

+0,1

5-40

+О, 1

3,98

Предлагаемые составы а) при температуре 50 С и давлении 0,1 ИПа

31. 71,403 5,198 0,036

3?. 72,990 4,912 0,004

33. 7 1, )93 8,082 0,036

34. 71,416 8,084 0,0!8

23,363 20

22,094 19

20,489 ?О

20,482 20

2,00 1-45

2,00 >-50

3-05

5>60 2,30

+0,45

+0,40

+0,45

+0 45

3-15

4,75

2,00

2,05

1-55

3-15

4,65 2,00

4,50 2>10

2,06 1-55

3-20 б) при температуре 60 С и давлении 0,1 ИПа

+0,45

+0,45

+0,40

+0,40

35. 71, >03 5,198 0,036

36. 72,990 4,912 0,004

37 71> 193 8>082 0>036

38. 71,416 8,084 0,018

23,363 20

22,094 19

20,»89 20

20,4>82 20

2,00 „1-40

2,00 1-35

5,65

2-00

2,30

2-!О

2-10

2-00

5 00

2,10

2,05 1-40

2,06 1-40

5 ° 30 2,15

5,25

2,20 н) при, температуре 15 С и давлении 0,1 ИПа

9-00

2,00 6-50

23, 363 20

22,094 19

4,7

+0>35

+0,32

+О, 3 5

+0,35

5,!98 0,036

4,9 12 0,004

2i00

39, 71,403

40. 72,990

2,00 6-40 9-20

2,!О

4,6

41. 71,393 8,082 0,036

42. 71,416 8,084 0,0!8

9-50

9-50

О,! ИПа

4,8

2,15

20,48? 20 г) прн те >пературе

23,363 20

?2,094 19

?0,489 20

20,482 20

2, 05 6-55

О

10 С н данлевин

4,3

2,00

43. 71,407 5,198 0,036

10-00 15-30

10 — 20 15-00

10-50 !8-10

11-10 17-10

-0,05

-0,1

-0,05

-0,05

2,0

2,0

1,20

О,ГО!

2,0

44, 7?, 990 4, 912

1>9

1,25

5. 71,393 8,082 0,03&

46. 71,4!6 8,084 0,(!!

2,05

1,9

1,20

2,06

1,85

1,25 !2. 71,403

:13. 71,4 16

1 4 . 7 2 > 98 7

15. 72,990

16, 71,403

17, 71,416

18. 72,987

19. 72,990

20. 71,393

21. 71,403

22. 71,416

23. 71,987

24. 71,990

25, 70,909

26. 73,524

27. 71>426

28. 71,400

29. 72,987

30. 71,426

20,489 20 2,05 7-10

1,30

1,36

1,26

1,32 ! ° 25

l 32

+0,35

+O> tl0

+0,40

+0,42

+О,4О ао>35