Тампонажный раствор

 

Изобретение относится к добыче нефти и газа. Цель изобретения - снижение теплопроводности и проницаемости при одновременном повышении прочности сцепления тампонажного материала. Тампонажный раствор содержит следующие компоненты, мас.ч.:^ампонажный цемент 50--75; бентонит 20-25; предполимер уретанового ряда с концевыми изоцианатными группами 100. Раствор готовят введением смеси бентонита и цемента в предполимер. При взаимодействии предполимера с rигpockoпичecки связанной водой бентонита образуется пористый пластичный резиноподобный материал. Использование раствора обеспечивает повышение ^сачества цементирования в условиях много- "летнемерзлых пород. 2 табл.соСИзобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к тампонажным растворам для цементирования скважин при отрицательных температурах, в частности для цементирования '.приустьевой части скважины в интервалах многолетнемерзлых пород (lyiMFI).'.Известен калийно-щелочной тампонажный раствор (КЩР), в состав которого входит портландцемент для "холодных" скважин, затворенный на воде с добавкой 2-20 мЭс.ц; углекислого калия и 2-20 мас.ч. едкого калия, взятых в соотношении 1:1. При взаимодействии зтого раствора с минералами тампонажного цемента формирование камня при низкмх температурах значительно ускоряется и протекает практически так же, как и при +20°С.Однако данный раствор обладает высокой теплопроводностью (при - 5''С А 0,6-0.8Вт/м-град), в связи с чем он не может предотвратить растепления мерзлоты при бурении и эксплуатации скважин.Наиболее близким к изобретению является тампонажнЫй пеноцементный раствор, содержащий минеральное вяжущее, наполнитель, пенообразователь, например а - олефинсуфонат или эмультал или синтанол. змульгатор, например аэросил или бутоксиаэросил, кремнийорганическое соединение (ГКЖ-94), воздух и калийно-щелочную жидкость затворения.Недос-татками этого раствора является то, что при низких давлениях (менее 0.5 МГТа), характерных для приустьевой части скважины, он обладает достаточно высоким козффициентом теплопроводности (порядка 0.27-0,35 Вт/м.град). низкой прочностью сцепления с металлом, высокой проницае«и^остью (порядка 5.5-10'*^ё00 00>&

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

-C0llMAflNCTH÷Åñêèõ

РЕСПУБЛИК (я)э E 21 В 33/138

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4759335(03 (22) 11.09;89 (46) 23.02..92. 6юл. M 7 (71) Центральная научно-исследовательская лаборатория Треста буровых работ "Оренбургбургаз" (72) С.Н. Горонович, А.М. Селиханович, А.В, Мнацаканов и В.Н. Езепенко (53) 622.245.42(088.8) (56) Патент США ¹ 4587279, кл. С 04 В 24/32, 1986.

Авторское свидетельство СССР

¹ 726306, кл. Е 21 В ЗЗ/138, 1980. (54) ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР (57) Изобретение относится к добыче нефти и газа. Цель изобретения — снижение теплоИзобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к тампонажным растворам для цементирования скважин при отрицательных температурах, в частности для цементирования

,приустьевой части скважины в интервалах многолетнемерзлых пород (1фМП). .

Известен калийно-щелочной тампонажный раствор (КЩР), в состав которого входит портландцемент для "холодных" скважин, затворенный на воде с добавкой

2-20 мас.ч; углекислого калия и 2-20 мас.ч. едкого калия, взятых в соотношении 1:1, При взаимодействии этого раствора с минералами тампонажного цемента формирование камня при низких. температурах значительно ускоряется и протекает практически так же, как и при +20 С.

Однако данный раствор обладает высокой теплопроводн остью (при - 50С А 0,6-0,8

„„SU „, 1714088 А1 проводности и проницаемости при одновременном повышении прочности сцепления - тампонажного материала.

Тампонажный раствор содержит следующие компоненты, мас.ч.: тампонажный цемент 50-75; бентонит 20-25; предполимер уретанового ряда с концевыми изоцианатными группами 100. Раствор готовят введением смеси бентонита и цемента в предполимер. При взаимодействии предполимера с гигроскопически связанной водой бентонита образуется пористый пластичный резиноподобный материал. Использование раствора обеспечивает повышение качества цементирования в условиях многолетнемерзлых пород. 2 табл, Втlм град), в связи с чем он не может пред-отвратить растепления мерзлоты при бурении и эксплуатации скважин.

Наиболее близким к изобретению явля- 4 ется тампанажный пеноцементный раствор, содержащий минеральное вяжущее, напол- фь нитель, пенообразователь, например а - С) олефинсуфонат или эмультал или синтанол, (ф эмульгатор, например аэросил или бутокси- (р аэросил, кремнийорганическое соединение (ГКЖ-94), воздух и калийно-щелочную жидкость затворения. Э

Недостатками этого раствора является то, что при низких давлениях (менее

0,5 МПа), характерных для приустьевой части скважины, он обладает достаточно высоким коэффициентом теплопроводности (порядка 0,27-0,35 Вт/м.град). низкой прочностью сцепления с металлом, высокой проницаемостью (порядка 5,5 ° 10

1714088

4 и ):» ., что не позволяет обеспечить устойчи2 вость устья скважины в результате растеплекия и потери адгезии цементной оболочки со стенкой скважины, а наличие проницаемости приводит к пропитке водой 5 и увеличение коэффициента теплопровод-. ности до значений, близких к теплопроводнОсти чистых цементов (А 1,0 Вт/м град).

Целью изобретения является снижение коэффициента теплопроводности и прони- 10 цаемости, повышение прочности сцепления.

Поставленная цель достигается тем, что тампонажный раствор, содержащий полимерное соединение, глину и тампонажный 15 цемент, в качестве полимерного соединения содержит предполимер уретанового ряда с концевыми изоцианатными группами (-NCO), а в качестве глины — бентонит при следующих соотношениях компонентов, 20 мас.ч.:

Предполимер уретанового ряда с концевыми изоцианатными группами (-NC0) 100

Бентонит 20-25 25

Тампонажный цемент 50-75

Предполимер уретанового ряда с концевыми иэоцианатными группами (— MCO) представляет собой гидрофильный раствор светло-желтого цвета и имеет следующую 30 структурную формулу: Н

CH NC00-(Сн;СНО)„МСО

-(СН;СН;0)-соНН-PСН, МСО

Физико-химические свойства предполимера определяются следующими показателями: 45

Плотность, кг/смз 1140

Вязкость при 20 С, МПа с 730

Содержание свободных изоцианатных групп (-NCO),$ 8,5

Температура вспышки в 50 открытом тигле, С 126

Температура застывания, С -25

При взаимодействии предполимера с водой изоцианатные группы смешиваются с образованием мочевидных связей и выде- 55 лением СО . Продукт реакции представляет собой пластичный реэиноподобный материап. Возможно отверждение в водных дисперсных системах (глинистый и цементный растворы, гидрофильная эмульсия, пена).

Время начала отверждения находится в пределах 3-15 мин. При взаимодействии с водными суспенэиями глин, барита и мела сроки отверждения практически не иэмейя- ются, но при этом повышается пластическая прочность отвержден ного состава.

В качестве полимера могут быть использованы соединения "Хайсил", а также "Буретан".

Состав тампонажного раствора приведен в табл. 1; свойства раствора — в табл. 2.

Пример, Для экспериментальной проверки готовят десять составов тампонажного раствора (табл. 1). В предлагаемом составе s качестве предполимера используют реагент "Хайсил-0H-tAN", а качестве отвердителя — бентонит, а также тампонажный цемент.

Состав 2 (табл. 1) готовят следующим образом. К 100 гпредполимера при перемешивании добавляют предварительно приготовленную смесь из 20 r бентонита, 50 г цемента.

При изучении свойств тампонажного раствора используют стандартные методики, применяемые при исследовании тампонажных материалов, теплопроводность в соответствии с экспресс-методом Волькенштейна В.С.; адгезионные свойства по методу кольца; проницаемость по вакуумному методу), Из табл. 2 видно, что состав на основе предполимера с бентонитом обладает низкой теплопроводностью и проницаемостью, достаточно высокой адгезией к металлу, постоянной во времени. Величина адгезии недостаточна для надежного крепления устья скважины (состав 1).

Предлагаемый тампонажный раствор по сравнению с известным обладает высокой прочностью сцепления с металлом, возрастающей во времени (в течение 15 сут увеличение адгезии в 9-12 раз), низкой теплопроводностью и нулевой газопроницаемостью (составы 2-4).

Оптимальное содержание бентонита в предлагаемом тампонажном растворе установлено 20-25 мас.ч. При уменьшении содержания бентонита (менее 20 мас.ч.) наблюдается увеличение коэффициента теплопроводнасти (состав 5). Повышенное содержанйе бентонита приводит к снижению адгезии к металлу (состав 6).

Содержание цемента в тампонажном растворе установлено 50-75 мас.ч. Превышение содержания цемента приводит к ухудшению теплоизоляционных свойств, а снижение содержания цемента — к снижению прочности сцепления (составы 7 и 8 соответственно).

171.4088

Предлагаемый тампонажный раствор обеспечивает высокую прочность сцепления с колонной, достаточную для надежного крепления устья скважин в условиях ММП.

При этом исключается растепление ММП при длительной эксплуатации месторождения за счет низкой его теплопроводности.

Отсутствие проницаемости тампонажного раствора обеспечивает сохранение теплоизолирующих свойств при кратковременном растеплении ММП.

Формула изобретения

Тампонажный раствор. включающий тампонажный цемент; глину и полимер, о тлича ющийся тем,что.с целью снижения теплопроводности и проницаемости при одновременном повышении прочности сцепления тампонажного материала, он в

5 качестве полимера содержит предполимер уретанового ряда с концевыми изоцианатными группами, а в качестве глины — бентонит при следующем соотношении компонентов, мас.ч.

10 Тампонажный цемент 50-75

Бентонит 20-25

Предполимер уретанового ряда с концевыми изоцианатными группами 100

r»» т96юннэ!

1714088

Тв Елица 2

l .

Козффициент т колол ро волности, ет/и К

Сроки скватиев»wl ч икк

Раствкае ность си чность сцелле>в>к с не талион °

Юв, .черве арена, сут

Ельтиост ь г/иа

Ус ловил

Сос тве

Те>к>е- Драла>>»р

С Wl начало конец

22

22вв

О, 103

0,064

l -Ь

21 0

2l ) 0,437 0,408 0,445

0 330 0 ° 345 0,363

1042

O l

2 -Ь

Атиосеер»

HOO

0,14

0„200

0,094

22, 0

20 0

21 2>

1,Ь12

1, 553

0,433

0,571

0,625

0 421

d,110

0,196

О, 390

0, 1 1240

0,3 137е

Атиосеер- 1968

-Ь

-Ь

19

3 4

-Ь

16

Ь -4

19 -4

5 "Ь

-Ь

6 -Ь

7 -Ь

20вв

Ь -4

16

9 -4

Кввестеа!

10 "5 е,20-е,30

0 27- 0,33

0,32-0,39

20, 5

20 5,5

20 56

1000-1200 0,043

96е-990 е,å43

1100-1150 . 0,082

0 5

0,5

1,0 н -э

-э

Составитель М.Теплов

Техред М.Моргентал Корректор Т.Малец

Редактор Н.Гунько

Заказ 669 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/07

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

0,1

0 3

0 1

0,3

9,1

0,3

Oil

0,3

O,l

0>3

0,1

О>3

0,1

0,3

1263

139!

1432

1!46

1246 ! 340

139е

1260

0>270

0,303

0,113

Е, 222

0, 11Ь

0 220 о. »8

0, 607

0,205

0 225 е, 116

О, 248

О. 273

0, 316

0,593

0,641

0,614

0 ° 304

0,797

0,270 е,393

0,840

Е, 260

О, 368

0,657.

0, 352

О, 489 о, ээе

1,439

1 578

1,465

1,224

1,500 l, U56

1> 587

2,07

0;854 е 935

1,518

0,895

0>926

0,809

21 0

2! 0

20 0

20 0

21, 0

21 U

20 0

20 0

20 0

20 0

20 0

20 0

21 0

21 0

0,135

0,202

0,177

0, 195 . 0,ll4

0 190

0,260

0,290

0,16\

0,240

0,214

0,281

0, 121

0,155