Комплексный реагент для тампонажных растворов
Изобретение относится к креплению нефтяных, газовых и гидротермальных скважин с температурой до 200°С на забое. Цель изобретения - повышение изолирующей способности тампонажного раствора с сохранением пластифицирующего эффекта и замедления сроков схватывания до 200°С и одновременным обеспечением коррозионной стойкости тампонажного камня к агрессивным средам, Комплексный реагент (КР) содержит органическую основу в виде углещелочного реагента (УЩР), лигносульфонат и добавку в виде кремнийорганического соединения при, следующем соотношении компонентов, мас.%: УЩР 48,0-50,0; лигносульфонат 45,5-50,0; кремнийорганическое соединение 1,5-2,0. Способ приготовления КР включает перемешивание его компонентов , причем сначала смешивают лигносульфонат с кремнийорганическим соединением, затем полученную смесь вводят в УЩР и после перемешивания сушат при температуре 125. °С до остаточной ; влажности 28% (по массе к сухому реагенту), Использование КР повышает изолирующую способность тампонажного раствора, коррозионную стойкость цементного камня на его основе. При этом сохраняется пластифицирующий эффект. 2 з.п. ф-лы, 1 табл. (Л С
СОКрЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ г ЕСПУБЛИК (я)ь Е 21 В 33/138
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗО6РЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4761464/03 (22) 22.11.89 (46) 15.03.92. Бюл, N 10 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт по креплению скважин и буровым растворам (72) А.К.Куксов, А.П,Креэуб. Н.А,Мариампольский, Л.И.Рябова, Г.H,Ëûùêî, Д.А,Лоскутов и E.È.Æìóðêåâè÷ (53) 622.245.42(088.8) (56) Булатов А,И. и др. Регулирование технологических показателей тампонажных растворов, М.;.Недра, 1988, с. 60-96.
Рязанов Я.А. Справочник по буровым растворам. М.: Недра, 1979. с. 131. (54) КОМПЛЕКСНЫЙ РЕАГЕНТ ДЛЯ ТАМПОНАЖНЫХ РАСТВОРОВ (57) Изобретение относится к креплению нефтяных, газовых и гидротермальных скважин с температурой до 200 С на забое. Цель изобретения — повышение изолирующей способности тампонажного раствора с сохранением пластифицирующего эффекта и
Изобретение относится к креплению нефтяных, газовых и гидротермальных скважин с температурой до 200 С на забое, а именно к созданию реагентов для регулирования свойств тампонажных растворов, Известно использование в качестве регуляторов свойств тампонажных растворов (для замедления сроков схватывания и повышения подвижности) лигносульфонатов в количестве 0;3 — 0,5% к вяжущему.
Недостатками этих реагентов является снижение изолирующей способности раствора, его вспенивание, образование нбыстряков" (участков цементного теста, где
„„5U „„ 1719618 А1 замвдления сроков схватывания до 200 С и од но времен н ы м обеспечением коррозионной стойкости тампонажного камня к агрессивным средам, Комплексный реагент (KP) .содержит органическую основу в виде углещелочного реагента (УЩР), лигносульфонат и добавку в виде кремнийорганического соединения при следующем соотношении компонентов, мас.%: УЩР 48,0 — 50,0; лигносульфонат 45,5 — 50,0; кремнийорганическое соединение 1,5 — 2,0. Способ приготовления
КР включает перемешивание его компонентов, причем сначала смешивают лигносульфонат с кремнийорганическим соединением, затем полученную смесь вводят в УЩР и после перемешивания сушат при температуре 125. С до остаточной, 9 влажности 28% (по массе к сухому реагенту).
Использование KP повышает изолирующую способность тампонажного раствора, коррозионную стойкость цементного камня на его основе, При этом сохраняется пластифицирующий эффект. 2 з.п. ф-лы, 1 табл. схватывание наступает быстрее, чем в ос- 0 тальной массе). При добавках лигносульфо- 0 натов наблюдается снижение коррозионной стойкости там понажного Q) камня, Известно исполезоеение для регулирования свойств тампонажных растворов до- а бавок 0,3 — 0,5% неорганических фосфатов, Их недостатками являются снижение изолирующей способности раствора, низкая термостойкость реагентов (80 — 100 С).
Известно применение органической добавки(молотого каменного угля. шлака, кокса) в сочетании с 02 — 10% ССБ в
1719618
Кремнийорганическое
40
50 облегченных цементах, используемых для ликвидации зон поглощения при бурении скважин.
Недостатками получаемого тампонажного раствора являются короткие сроки схватывания, недостаточная подвижность, низкая изолирующая способность.
Цель изобретения — повышение изолирующей способности тампонажного раствора с сохранением пластифицирующего эффекта и замедления сроков схватывания до 200 С при одновременном обеспечении коррозионной стойкости тампонажного камня к агрессивным средам.
Поставленная цлеь достигается тем, что комплексный реагент содержит органическую основу, лигносульфонат и добавку, причем в качестве органической основы реагента используется углещелочной реагент (УЩР), а в качестве добавки — кремнийорганическое соединение при следующем соотношЕнии компонентов, мас. :
УЩР 48.0 — 50,0
Лигносульфонат 45,5-50,0 соединение 1,5-2,0
УЩР— бурый уголь, обработанный щелочью. Он представляет собой натриевые соли гумимовых кислот, содержание которых должно составлять не менее 35, В качестве лигносульфонатов могут быть использованы. реагенты ССБ, СДБ, КССБ как в жидком, так и сухом виде.
В качестве кремнийорганических соединений могут быть использованы ГКЖ, петросил, этилсиликат.
Все три компонента составляют комплексный реагент, выпускаются серийно и не являются дефицитными.
В результате протекающих реакций между вышеуказанными тремя компонентами образуется соединение, отличающееся более высокой молекулярной массой—
400000 — 550000 ед. Молекулярная масса
УЩР, ССБ (СДБ, КССБ) составляет 100000—
25000 ед.
В новом комбинированном реагенте увеличено число карбоксильных и гидроксильных групп. Это обстоятельство, а также наличие кремнийорганических фрагментов повышает хемосорбционную активность реагента. а следовательно, эффективность пластифицирующего и замедляющего схватывание действия..Комплексный реагент, вступая во взаимодействие с активными центрами кристаллических новообразований цемента, создает гелиевую систему в порах и капиллярах, снижая проницаемость структуры тампонажного раствора, что ведет к повышению его изолирующей способности .
Наличие в скелете линейной молекулы комплексного реагента ароматических ядер обеспечивает высокую термостойкость его — до 200 С.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Лигносульфонат смешивают с кремнийорганическим соединением и тщательно перемешивают. Компоненты могут быть как сухими, так и влажными. Но расчет производят только на сухое вещество, Затем двухкомпонентную смесь вводят в УЩР, влажность которого может доходить до
307. Полученную трехкомпонентную систему сушат до получения порошкового материала. Реагент готов к применению, Тампонажный раствор во всех случаях готовят согласно ОСТа. Расчетное количество реагента (3,2-0,57 к массе вяжущего) вводят в воду затворения. Сухую тампонажную смесь (66,0-72,7Я, ЩПЦС, или УЩЦ, или портландцемент) смешивают с водой затворения, содержащей реагент, и перемешивают на мешалке в течение 3 мин.
Растекаемость определяют по конусу
АзНИИ. Из этого раствора готовят призмы
2х2х10 см, которые твердеют в воде и сернокислом магнии.
Для исследования изолирующей способности растворов к нижнему сечению пробы раствора через 60 мин, после его приготовления прикладывают давление 0,1
МПа, которое постепенно повышают до начала фильтрации поровой жидкости. Градиент начала фильтрации считают по формуле
P /и, где Р— давление начала фильтрации, h — высота пробы раствора. Сроки схватывания тампонажных растворов определяют на автоклавах. при.соответствующих температурах и давлениях.
Пример 1 (известный реагент). Берут
50 сухого молотого каменного угля и смешивают с 27ь ССБ. Полученный состав тщательно перемешивают. Сухую смесь добавляют к воде затворения, куда вводят цемент
ОЦГ в количестве 487,. Полученный состав имеет явно неудовлетворительные свойства:, градиент фильтрации его крайне низок — О.
Коррозионная стойкость его весьма мала. В среде хлорида магния прочность на изгиб составила 0,3 через 180 сут и 0,25 через 360 сут.
П ри мер 2. Берут45,57ь сухого ССБ и смешивают с 5 мл 30 -ного раствора Петросила (1,5 сухого), тщательно перемешивают и вводят 53,07, сухого УЩР (71,4 гр
30 -ной влажности). Тщательно перемеши171961 8
Этот пример показывает, что реагент необходимо готовить по изложенной выше технологии. Простое смешение реагента не дает результата.
5 В таблице приведены данные опытов, выполненных аналогичным путем.
Оптимальными соотношениями являются 45,5 - 50,0 лигносульфонэты с 1.5—
2,0 кремнийорганики и 48,0 — 53,0% УЩР.
10 При запредельных количествах увеличения лигносульфонатов увеличиавется пластификация, но снижается изолирующая способность и корроэионная стойкость камня за счет воздухововлечения, При увеличе15 нии УЩР наступает пептизация раствора и нарушается однородность его, что отрица; тельно сказывается на свойствах раствора.
Анализ данных показывает, что при введении реагента в тампонажный раствор он
20 изменяет ряд показателей тампонажного раствора: изолирующую способность. пластификацию, сроки схватывания.
Повышается коррозионная стойкость тампонэжного камня. Данные показатели
25 выше при использовании каждого реагента, взятого отдельно, и известного. Причем повышение коррозионной стойкости камня обеспечивает охрану окружающей среды.
Применение предлагаемого реагента
30 позволяет повысить качество крепления скважин и увеличить межремонтный период их эксплуатации.
Формула изобретения
1. Комплексный реагент для тампонаж35 ных растворов, содержащий органическую основу, лигносульфонат и добавку, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения изолирующей способности тампонажного раствора с сохранением пластифицирую40 щего эффекта и замедления сроков схватывания до 200ОС и одновременным обеспечением коррозионной стойкости тампонажного камня к агрессивным средам, в качестве органической основы используют
45 углещелочной реагент (УЩР), а в качестве добавки — кремнийорганическое соединеwe при следующем соотношении компонентов, мас. . вают 3 мин и сушат. Реагент готов к использованию.
Готовят тампонажный раствор и вводят
0,2 г реагента в воду затворения. 66,53 r портландцемента смешивают с 33,27 мл воды затворения и получают тампонажный раствор. Исследуют физико-химические характеристики тампонажного раствора и камня. Начальный градиент фильтрации 4,5
МПа, Д вЂ” 26,0 см при В/Ц = 0,49. Сроки схватывания тампонажного раствора: начало-Зч50мин; конец-4ч30мин(при75 С).
Раствор технологичен, хорошо прокачиваем. Прочность камня суточного твердения при изгибе 3 7 МПа, а при хранении 180 сут в 5 -ном растворе хлористого магния возросла до 6,8 МПа.
Пример 3. Берут 96 мл (50 ) ССБ, содержащего 50% сухого компонента, смешивают с 6,5 мл 30;(,-ного ГКЖ (2 сухого).
В полученный раствор двух реагентов вводят 48% сухого УЩР. Полученную пасту сушат. Реагент готов к использованию.
Берут сухой реагент и вводят в воду затворения в количестве 27 мл, затем вводят 72,7 г УШП и замеряют физико-химические характеристики полученного тампонажного раствора и камня, Начальный градиент фильтрации 3,2 МПа. Растекаемость 23,0 см. Сроки схватывания: начало
-4 ч 20 мин; конец схватывания — 5 ч 00 мин (при 200 С). Прочность камня на изгиб в агрессивной среде через 1 сут 3,5 МПа, через 180 сут — 7,0 МПа.
Пример 4. Берут 48,0% ССБ и смешивают с 1,7 этилсиликата.В полученную смесь двух реагентов вводят 50,3 УЩР.
Перемешивают трехкомпонентную смесь. Реагент готов к применению.
Берут сухой реагент в количестве 0,3 r, вводят в 27 мл воды. 72,7 г УШЦ затворяют приготовленной жидкостью, перемешивают и получают тампонажный раствор. Начальный градиент фильтрации 3,0 МПа.
Растекаемость 22,0 см. Начало схватывания тампонажного раствора 4 ч 00 мин, конец схватывания -4 ч 30 мин (при 200 С}, Прочность камня на изгиб в агрессивной среде через 1 сут 3 0 МПа, через 180 сут- 6,5 МПа;
Пример 5. Берут 3 компонента; Петросил-2, КССБ 50, УЩР 48 о и поочередно каждый вводят s воду затворения.
Происходит резкое расслоение реагентов.
Жидкость затворения, содержащая компоненты реагента, неоднородна. Происходит комкование цемента, характеристики ухуд-шаются, изолирующая. способность раствора 2,0 МПа, растекаемость 19,0 см, коррозионная стойкость снижается за 180 сут до 0,9 МПа.
50, УЩР 48,0-53,0
Лигносульфонат 45,5-50,0
Кремнийорганическое соединение 1,5-2,0
2. Комплексный реагент по п.1, о т л и ч а55 ю шийся тем, что в качестве лигносульфоната он содержит ССБ, или СДБ, или КССБ.
3. Реагент no n.i., отличающийся тем. что s качестве кремнийоргэнического соединения он содержит ГКЖ. или петросил, или этилсиликат.
1719618
1
X
) T е
Ф 1 2l
I I
1, х
1 о
Се Ъ о
СЧ
С3!
-4
lA ь
-» а
lA о
С3
С3
С3
СЧ
С аА
1 ь !
В
СЧ о
° 4
СеЪ а an
LA СЧ! l
С Ъ о
«Ч
1 о
МЪ
1 м
С3
I.Л
lA
3 еЪ
LA
СЧ
-Ф
CL
Ф б о
- и I
3 б
I б
I
1
Се Ъ
lA
1 ) 1
T e ф а 1
Х3- Х1
3Х f3 « В
KX XC
С*э! в еж
3Х ее
3 а
T с
Е
1
СЧ
« м со
СЧ
CO в м. ъо
« м
СЧ
«
Се 3
« м
I ф
1 Я
I б 3, v
В O б
v
« м
I»
О о
X o о о
«
СО в»
CV СЧ ь в
Чб
СЧ о, o ъо ео
СЧ СЧ
Са
CV о о
«
СЧ СЧ о
« ео
СЧ ь
° е
СЧ о
СЧ
«! СЧ
I э
I ФЕ aT блэ 1-С ФФ
1, а 333u8 ! i-CL
1 ь ъо ь
Cl
СЧ ь ъо о о
СЧ
Ъо о ь
СЧ ь .ъо о о
СЧ. ъо о о
СЧ
CL
СЧ
lA
СЧ
I/\ CL
СЧ
М\ л
СЧ
lA л о
СЧ с
lA л ь
С)
\Ч
3««
СЧ
« ее Ъ
СеЪ,— тI
ВО е
I
3 30
1 Cf. I
ta»
СЧ .. 3«3
ССЪ М
СеЪ М
СЧ
« ммм л
СЧ
«
СеЪ м л
СЧ м
СеЪ
Со
« ъо
СЧ
М\
СЧ м а an
СЧ СЧ м м
«
СЧ м v
3» е
O. о
I 3D 1 ! 1
СЧ
СЭ
Ln о
СЧ
« ь
lA
CL а о аА
« ь
LA о
СЧ
« о
СЧ
« о
СЧ
CL (ССЪ
)Л
« . «О с о
1
В б
1
t
1
t
1
1
1 м
lA
« ЪО
С ЪО
О.
О СЧ ф °
X 3n
ОЛ м
lA
« ео
С ео
«Х.
Й.ъо
3"
X с
О с
l» ф
X с
О с
X МЪ .)е «
Себ °
I с
Й а
I
Ф I
ВС . 3
Ф )
)О о
ОФ
1 е
3 О ВС
3>Е О
1 Еф
)Ер
1 X
ВДФ 1 T
3 С e с
О о
O.
1- О ф «
С СЧ с е с
О о
О.
1- О ф « ! СЧ с
X
О с
x lfa
Себ
О с
X lA
Се) ° о о
CL
3- О ф
C СЧ
CL
l» o ф о с4
=1
-3Y3 СЕ l С-б е CO е )-1
I 43 I
,ф) С
1 "
e I v 1 э! о
Iat Te
1 a. T. Вао
333 I X О )О
e I c« )ОсЧ
3- о э
С» СЧ
3- о ф °
С СЧ
3 1 1 ,v ,О)
ltV 1
I Ь
I 3L. 3
3 + 1 Ь
)л Ва
I !
I о м
lA ь
CO о
CO е о
CO б о
« м
lA о
СО а ь
« м а о
СЕЪ
Ln . ь
СО
° Ф ь
CO
° е — е . в
3 3 ЭБ 3 3Вф 3:Ca,T e T с б,, б) 3- ф ф о
1 v aa-Lo б, t л co . Оъ
) 3
1 1 ! I
I
l «Г 1
1 Ф I х о
1 У I
1 I
T à — 3
X I
Е 1
XI 2
1 е В з
) Ю 1 ! X I !
I O 1 TXÅ 1! ф
Ф I 3 I
ФдФ 1 36 I
T 1 ф 1, О ««IOI X al cet
3 б. Ь
1 ! э
Ф 1 ф 1
Ф 1 g, О 1 353 1
1 t
) М, Се) м а а О v О О м\ v
«Д « е, = е =Х =е о ъо са са са са ". о са
СО СЧВ ИО аО ИЧВ ИЧВ СЧВ ИО ао аь ао ао а а а LA аь а ао
v ° О«vv«а»«а а а»»v««ао
ОО vo Оь ОО ца схап 33)а с!а Оь cxan vo
Yln. YaA ум\ уа ОФ ОФ vN О-- б уа vN Y.an о
I ъо
СЧ о
° О ь
CL
СЧ
МЪ в
СЧ
М\
С !»
М\ а
С: МЪ
О ь
СеЪ
lA л
1
1
I
I
t
1
I
t б
3
1 б
I
1
I
I
I ..
I779618
X 1 l
С В
<О I 1 ф 1 X а
Э В
1 K
Z I X.
О В О
Ct х.
° I-»
Ф
I
1 .l !
I
I о
1 L
В Ф
l ф
1 Э
1 е
1
1 е
< с
l Z !
1 <О
I X
1 L
X сю м о о м м
CO
СЧ о м
Сб м с< м
<А
СЧ о
С«<
С< м
- Ф
С<Ъ л оъ
-Ф м л ф
ССЪ
СФЪ м
СЧ мъ мс
« о
1А
« с7
ЧВ Л
« « м м м
1О ф
СЧ
СЧ м
СЧ м
СЧ
3 м
« м
CV
С3
СЧ
I В- I
I Л I о ! <
1 О В
I 1
t м ю
I 1
° Ф !
I В t бт I Л l
ЗВо!
X 1 I
< о
< ю v
° о
l X с
В
1 Q
I
1 Э .Z 1 м
CO
<А
Сб
« л
СО
<А
«
СЧ
<<Ъ
« о о
« м л
«!
А о
1А м м,1 о
1 C
l tC
I X
В <О х
Ф л
1 О о
l Y
В <Х о
1 о
В
I Ф
1 Z
z о б X
1 е о
1 ъо
СЧ
ЪО
СЧ м
СЧ л
« м
СЧ м
О\
СЧ
<А
« п< ъо
<А
СЧ
С< м
1А л
«.ф
СЧ
« л
CO
ЪО м п<
« м -Ф
ОЪ
1А ъо
« м м о о ф
l м
СЧ м
ЪО м
CO! с<
СЧ м
СЧ
«
СЧ м
СЧ л
« м
« м
ЪО
СЧ о
СЧ
СЧ
1
l l
1 З
r o.
I I ! CC I I
1 « I 1 .0
М Вe v с о
< CO Z
Р
< I
lt Ф 1 9
z< Фл
XI аО
Ф e o
Е СЬ
e I о! Флх<
I 1 I» 1- ВС I
1 1
1 1
I I
1. 1
I 1
О 1
1 I 1
< o
3 « IСО 1
1-<МФ
1 ° ° 1 <
1 °
1 « I I
1 ФВ.< 1
Ф Ю I- 1 ю ссб л r ф< v<
o < .В-< о <
Ю <ф 1
С<3 - <
1 1 I
Ф<
1 R Ф
< 1 I
«Z I
З 1 I» 1
Х 1 Л 1
v <
1 дбб 1
< 1A I «» I
1 1 1
<.=
1 I Ю
Ф 1 Ф Ф ф
1 ЕГ I °
11 Ф З I
v о l Х <
g< e о««ЭВ.Н < Лю
«" Ю! ur
О<Э<1
Я<%<«-1
Ф 1 1
1 I 1
Х r
З I ° I
X Ф В
1- <
or < лю
Ф 1 1 О 1
Ф 1
Ф! о!
<Ею Въо <
ЭЮ ФМФ
a< t <
О I <
И I 1 I
<ъ?< 1- ю
< «1
Iu< ur
