Тампонажный раствор
Сущность изобретения: раствор содержит следующие компоненты при их соотношении , мас.%: тампонажный цемент 70-72; поливиниловый спирт 0,4-0,7; нитрилотриметилфосфоновая кислота (НТФ) 0,01-0,03; вода - остальное. Растворяют спирт и НТФ в воде, на которой затем затворяют цемент. Раствор используют с портландцементами и шлакопесчаными цементами при температуре до 100°С. Деформативность камня за счет добавки НТФ возрастает в 1,5-1,7 раза. 1 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21- В 33/138
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4775138/03 (22) 29.12.89 (46) 07.05.92. Бюл. ¹ 17 (71) Северо-Кавказский научно-исследовательский институт природных газов (72) В. А. Волошин, С. Н. Демочко, А. Н.
Закхеев, В. Г. Филь, P. И. Хеникирьян, В. Б.
Суханов, А. Н, Белевцев, Т. Э. Шиманская и
И. Д. Новохатская (53) 622,245.42(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 881299, кл. Е 21 B 33/138, 1979.
Данюшевский В. С. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам, Л.: Недра, 1987, с. 205.
Изобретение относится к бурению, в частности к составам тампонажных растворов для цементирования нефтяных и газовых скважин при температурах до 100 С, и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности, Известен тампонажный раствор для цементирования скважин при температурах до 75 С следующего состава, мас.%:
Портландцемент 65,8-65,9
Поливиниловый спирт (ПВС) 0,39-0,65
Железо азотнокислое окисное (кристаллогидрат) 0,19-0,26
Сул ьфит-спиртовая барда (ССБ) 0,19-0,32
Недостатки указанного состава — пониженная изолирующая способность, обусловленная разжижением раствора за счет добавки ССБ; невысокая деформативность (19> ЫЛао 1731940 А1 (54) ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР (57) Сущность изобретения: раствор содержит следующие компоненты при их соотношении, мас.%: тампонажный цемент 70-72; поливиниловый спирт 0,4-0,7; нитрилотриметилфосфоновая кислота (НТФ) 0,01-0,03; вода — остальное. Растворяют спирт и НТФ в воде, на которой затем затворяют цемент.
Раствор используют с портландцементами и шлакопесчаными цементами при температуре до 100 С. Деформативность камня за счет добавки НТФ возрастает в 1,5-1,7 раза.
1 табл. цементного камня, обусловленная недостаточным содержанием функциональных групп, демпфирующих систему.
Известен тампонажный раствор следующего состава, мас, %:
Тампонажный цемент 65,01-65,67
ПВС 0,33-0,99
Вода Остальное.
Недостатки указанного состава — невысокая изолирующая способность и деформативность цементного камня. Введение
ПВС не дает возможности получить тампонажный раствор с пониженным водосодержанием и, следовательно, с более низкой изолирующей способностью (водоцементное отношение тампонажного раствора 0,5), Добавка ПВС загущает тампонажный раствор и при более низком водосодержании раствор становится нетехнологичным (растекаемость < 18 см). Кроме того, Il BC содер1731940 жит всего два вида активных функциональных групп (ацетатная и гидроксильная), что недостаточно для проявления демпфирующего эффекта. При температурах более
50 С необходимо вводить в тампонажный раствор замедлители сроков схватывания, что отрицательно скажется на изолирующей способности раствора и деформативности цементного камня, Цель изобретения — повышение изолирующей способности раствора при одновременном повышении деформативности цементного камня.
Поставленная цель достигается тем, что в известный состав, включающий тампонажный цемент, ПВС и воду, дополнительно введена нитрилотриметилфосфоновая кислота (НТФ) при следующем соотношении компонентов, мас. :
Тампонажный цемент 70-72
ПВС 0,4-0,7
НТФ 0,01-0,03
Вода Остальное.
В качестве тампонажного цемента используют цементы марок ПЦТ-Д20-50, ПЦТД20-100, ШПЦС-120, а также утяжеленные спеццементы марок УШЦ и УЦГ.
Поливиниловый спирт марки Т (ПВС Т) выпускаеся в соответствии ТУ 6-05-05-31385 на Невинномысском ПО "Азот".
НТФ выпускается на предприятии и/я
А-7815 по ТУ 6-09-5283-86.
Изолирующая способность тампонажного раствора определяется как способность структуры раствора оказывать сопротивление внедрению в него флюида пласта под действием перепада давления на ранней стадии твердения. Оценивается начальный градиент давлением, при котором через раствор начинает прорываться флюид пласта (иэ расчета на 1 пог. м). Этот показатель является основным при выборе рецептуры раствора для предупреждения перетоков между пластами и водогазонефтепроявлений в период ОЗЦ.
Задача повышения изолирующей способности сводится к управлению состоянием пористой структуры раствора.
В связи с наличием в составе молекулы
ПВС двух активных функциональных групп
НТФ образует комплексное соединение
ПВС с образованием сетчатой структуры.
Полученное комплексное соединение способствует созданию таких надмолекулярных структур, которые способны кольматировать значительно больший диапазон пор по эффективному радиусу, что и обеспечивает рост изолирующей способности, Кроме того, образовавшийся комплекс
НТФ и ПВС действует на зерйа цемента, обволакивая их неодн ородн ы ми фун кциональными группами, пластифицируя раствор, замедляя сроки схватывания, изменяя
5 процесс гидратации и синергизма.
Функциональные группы, адсорбируясь на частицах цемента, играют роль демпфирующих добавок, способствующих повышению упруго-деформативных свойств
10 формирующегося цементного камня, Это способствует стойкости камня против механических воздействий и снижает вероятность газопроявлений и межпластовых перетоков.
15 Показателем деформативности цементного камня служит относительное удлинение при изгибе.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
20 Пример 1. Растворяют 0,1 г(0,01 мас, 0)
НТФ и 4 г (0,4 мас. %) ПВС в 295,9 л (29,59 мас. ) воды путем перемешивания. Приготовленным раствором затворяют 700 r (70 мас. ) цемента марки ПЦТ-Д20-50. Пол25 ученный тампонажный раствор имеет следующие технические характеристики при
20 С: водоотдача 16 см2, начальный градиент фильтрации 8,6 КПа/м, относительное удлинение при изгибе 3,6 10 .
30 Пример 2. Готовят тампонажный раствор следующего состава, г/мас. %:
П ЦТ-Д20-50 720/72
ПВС 7/0,7
НТФ 0,3/0,03
35 Вода 272,7/27,27
Проводят все операции как в примере 1.
Полученный тампонажный раствор имеет следующие технологические характеристики при 20 С: водоотдача 12 см; о з, 40 начальный градиент фильтрации
13,4 КПа/м, относительное удлинение при изгибе 4,2-10
Пример 3.
Готовят тампонажный раствор следую45 щего состава, г/мас. %:
ПЦТ-Д20-50 710/71
ПВС 6/0,6
НТФ 0,2/0,02
Вода 283,8/28,38
50 Проводят все операции как в примере 1, Полученный тампонажный раствор имеет следующие технологические характеристики при 20 С; водоотдача 15 см, начальный з градиент фильтрации 11,3 КПа/м, относи55 тельное удлинение при изгибе 3 9 10 .
-4
Для удобства данные по примерам сведены в таблицу.
Применение указанной рецептуры составов в температурном интервале 20-75 с использованием тампонажных портландце1731940 ментов, а также в интервале 60-100 С на основе шлако-песчаных цементов, позволяет получить тампонажные растворы, имеющие изолирующую способность, повышенную по сравнению с прототипом в
1,5-2,5 раза, деформативность цементного камня при этом возрастает в 3,5-1,7 раза.
Формула изобретения
Тампонажный раствор, включающий тампонажный цемент, поливиниловый спирт и воду, отличающийся тем, что, с целью повышения изолирующей способности при одновременном повышении деформативности цементного камня, он дополнительно содержит нитрилотриметилфосфоновую кислоту при следующем соотношении компонентов, мас. :
5 Тампонажный цемент 70-72.
Поливи ниловы и спирт 0,4-0,7
Нитрилотриме10 тилфосфоновая кислота
Вода
0,01-0,03
Остальное
Результаты лабораторных испытаний составов тампонажных растворов, взятых по прототипу и настоящему изобретению
В/Ц
Вода
Состав
ПВС
Начальный градиент
Фильтрации, КПа/м
Относительное удлинение при ива гибе, Е 10
Водоотдача, см за
30 мин
Сроки схватывания ч-мин
Вреня загустевания, мин, мас.в
Плотность кг/ма
Температура испытания, ОС
Растекаемость, см
Пример
НТФ
Цемент начало конец
0,01
0,03
0,02
0,03
0>01
0,03
0,02
0,02
0,01
0,03
0,007
0,04
0,007
0,04
0,01
0,03
0,02
0,03
0,01
0,03
0,02
0,02
0,01
0,03
0,007
0.04
0,007
0,04
0,01
0,03
0,02
0,03.
0,01 .
0,03
0,02
0>02
0,01
0,03
0,007
0>04
0,007
О, 0!>
2,6
П р и м е v а н и е. 1. Испытания проводили в соответствии с ГОСТои 29 798.-85 — ГОСТом 26.798,2-85 "Цементы тампонажные.
Нетоды испытаний". Водоотдачу тампонажных составов определяли на установке лля определения водоотлачи тампонажных растворов УВЦ-2 (ТУ 25.02.0131241-78) при давлении 30 MIla и передаче давлений 3 НПа. Начальный градиент фильтрации определяли на приборе лля определения изолирующей способности связнодисперсных суспензий (a.с. I> 840325 от 21.03.79 r. по кл. Е 21 В 49/00. Разработка ВНИИКр). Относительное удлинение при разрыве определяли íà "I»ston 1342" и Универсальной испытательной машине для строительных материалов, 2. При 20 С использован цемент марки ПЦТ-820-50, при 75 С использован цемент марки ПЦТ-Д20-100, при
100 C использован цемент марки ШПЦС-120, 1 65,01
2 65,67
З 70
4 72
5 71
6 70
7 72
В 71
9 72
10, 70
11 72
12 70
13 69
14 73
15 72
16 72
17 70
18 72
19 70
20 72
21 71
22 70
23 72
24 71
25 72
26 70
27 72
28 70
29 69
30 73
31 72
32 72
33 70
34 72
35 65,01
36 65,67
37 65 01
38 65,67
39 70
40 72
41 71
42 70
43 72
44 71
45 72
46 70
47 72
48 70
49 69
50 73
51 72
52 72
53 70
54 72
0,99
0.ЗЗ
0,4
0>7
0,6
0,7
0,4
0,4
0,6
n,6
0,7
0,4
0,3 .
0,8
0,3
0,8
0,4
0,7
0,4
0,7
0,6
0,7
0,4
0,4
0,6
0,6
0,7
0,4
0,3 о,в
0,3
0,8
0,4
0,7
0.99
0,33
0,99
0,33
0,4
0,7
0,6
0,7
0,4
0,4
0,6
0,6
0,7
0,4
0,3
0,8
0,3
О, 8
0,4
0,7
34,00> 0,5
34,00 . 0,5
29,59 0,43
27,27 0,38
28,ЗВ 0,4!
29,27 0,43
27,59 0,38
28>57 0,41
27,38 0,38
29,38 0,43
27,29 0,38
29,57 0,43
30,693 0,45
26,16, 0,37
27,693 0,38
27,16 0,38
29,6 0,43
27,3 0,38
29,59 О, 3
27,27 О,ЗВ . 28,38 0,41
29,27 0,43
27,59 0,38
28,57 0,41
27,38 О 38
29,38 0,43
27,29 0,38
29,57 0,43
30,693 О 45
26,16 : 0,37
27,693 0>38
27,16 0,38
29 6 0,43
27,3 0,38
31. 0 0,5
34,00 0,5
34,00 0,5
34,00 0,5
29,59 0,43
27,27 0,38
28,38 0,41
29,27 0,43
27,59 0 38
28,57 " 0>41
27,38 0,38
29,3S О 43
27,29 0,38
29,57 . 0,43
30,693 0,45
26,16 0,37
27,693 0,38
27,16 0,38
29,6 0,43
27,3 0,38
18,0
21,0
2l,0
19,0
20,0
21,0
I9,О
20,0
19,0
21,0
18,5
21,5
20,0
18,5
18,0
19,5
18,5
16,0
21,0
19,0
20 ° О
21,0
19,0
20,0
19,0
21,0
18,5
21,5
20,0
18,5
18,0
19,5
18,5
16,0
18,0
21,0
23
21
19
22.
18
21
22
18,5
23
18
17
19
1820 !
1930.
1В20
1870 !
1920
100
215 !
ОО
l0
6-50
7-00
3-50
7-30
5-15
8-05
3-05
8-10
4-50
5-50
3-10
8-30
3-30
10-20
2-25
10-50
2-10
1-05
3-30
7-10
5-05
7-50
2-55
7-50
4-40
5-30
2-50
8-10
3-10
9-50
2-15
10-15
1-45
0-55
2-20
2-20
1-20
1-00
3-50
7" 10
7-50
10-30 .2-30
9-20
5-30
10-10
2-20
11 "10
1-30
7"30
2-!О
8-50
1-00
0-30
9"50
9-55
4-25
8-00
5-50
8-50
3"35
8-55
5-30
6-20
3-40
9-00
4-05
10"55
2-55
11-25
22-45
1,45
4-10
7-45
5-45
8-30
3-25
8-20
5-15
6-05
3-25
8-50
3-40
10-20
2-50
10-50
2-10
1-30
2-50
2-55
1-50
1-20
4-40
8-50
9-10
11-20
3-50
11-10
7-20
13-20
3 10
14-20
2-20
9-20
3-20
10-40
1-40
0-50
11
16
12
13
14
l5>с
13
13
16.
\8
17
17
16
42
34 38
4!
42
38
41
92
29
43
37
43
106
52
38
44
46
52 зв
56
28
92
29
7,2
5,5
8,6
13,4
11,3
10,2
12>3
8,6
12,8
9,8
14,8
8,7
5,8
13,2
6,7
13,1
6,0
7,4
7,З
11,4
9,6
8,7
\0,5
7,4
10,9
8>4
12,6
7,4
4,9
11,8.
5,7
11>2
5,1
6.3
6,1
4,7
5,4 з,в
6,6
12,1
8,4
7.9
8,7
6,8
9,4
7.9
11,2
6,7
3,2
10,1
4,8
10,3
4,4
5,4
2,6
2,3
3,6
4,2
3,9
4,1
3,6
З,8
3,7
3,6
З,7
3,8
3,0
4,1
2,8
2,8 ((./
2.7
3,6
4, I
З,7
4,0 .
3,4
З,7
3,6
3,6
З, 6
З,7
2.9
4,0
2,6
4>0
2,6
2,6
2,ч
2,1
2,6
2,2
3,8
4,4
3,9
4,4, 3,"
4,0
4,1
3,9
3,8
4,1
2,7
4,6
2,7
4.2
2,7
