Тампонажный раствор
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
