Способ получения композиции для регулирования сроков схватывания тампонажных растворов

 

Использование: для регулирования сроков схватывания тампонажных растворов. Сущность изобретения: отход производства нитрилотрифосфоновой кислоты со стадии центрифугирования (ИСБ-М-1) или побочный продукт производства нитрилотридиметилфосфоновой кислоты РСБ-500, полученный после частичного упаривания ИСБ-М-1, нейтрализуют аммиаком или аммиачной водой до рН 5-7, с последующим упариванием полученной смеси до содержания активных компонентов не ниже 65 мас.%. 2 табл. сл с

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)5 Е 21 В 33/138

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ (21) 4727917/03 (22) 15,06,89 (46) 07,10.92. Бюл. ¹ 37 (71) Западно-Сибирский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт технологии глубокого разведочного бурения, Научно-производственное объединение "ИРЕА" и Чебоксарское производственное обьединение "Химпром" (72) А.У.Шарипов, C,ÈÄoëãàíñêàÿ, К.С.Раянов, M,В.Рудомино, E.Ã.Êîïåéêo, H.È.Крутикова, Е.К.Колова, А.Г.Шкуро, В,В,Леженин, П.Я.Решетников, М.А.Богачев, Н.К.Малинин и А.И.Липатов (56) 1. Авторское свидетельство СССР

¹ 907221, кл. Е 21 B 33/138, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР № 1052646, кл. Е 21 В, 1981.

Изобретение относится к горной и нефтегазодобывающей промышленности, а именно к составу, который может быть применен для регулирования сроков схватывания тампонажных растворов на основе гипсового вяжущего при изоляции поглощающих пластов в скважине.

В качестве регулятора сроков схватывания тампонажных растворов известна и и рименяется нитрилотриметилфосфоновая кислота (НТФ) предварительно растворенная в воде (1,2).

Недостатком НТФ в данном составе является ее невысокая эффективность.

Цель изобретения — повышение эффективности композиции для регулирования сроков схватывания тампонажных растворов на основе гипсового вяжущего, (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИИ

ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СРОКОВ СХВАТЫВАНИЯ ТАМПОНАЖНЫХ РАСТВОРОВ (57) Использование: для регулирования сроков схватывания тампонажных растворов, Сущность изобретения: отход производства нитрилотрифосфоновой кислоты со стадии центрифугирования (ИСБ — M — 1) или побочный продукт производства нитрилотридиметилфосфоновой кислоты РСБ — 500, полученный после частичного упаривания

ИСБ — М вЂ” 1, нейтрализуют аммиаком или аммиачной водой до рН 5 — 7, с последующим упариванием полученной смеси до содержания активных компонентов не ниже 65 мас.%. 2 табл.

Поставленная цель достигается тем, что при получении композиции растворенную в воде НТФ дополнительно обрабатывают до рН 5 — 7 аммиаком или аммиачной водой с последующим упариванием полученного раствора до содержания активных компонентов не ниже 65 мас.%, при этом в качестве НТФ используют следующие реагенты:

ИСБ-M-1-отход производства НТФ на стадии центрифугирования или РСБ — 500 — побочный продукт производства НТФ, полученный после частичного упаривания

И СБ — М вЂ” 1.

Полученная таким способом композиция называется амифол и синтезирована впервые.

В качестве исходного сырья используются:

1767157

Реакцию нейтрализации исходных про- 20 дуктов газообразным аммиаком или амми-. ачной водой ведут до достижения рН 5 — 7 в реакционной смеси с последующим упариванием полученного раствора до пастообразного состояния при 90 — 110 С (при 25 атмосферном давлении) или при 40 — 70ОC (в вакууме, под давлением 0,1-0,5 кг/см ).. г

Расход аммиака регулировали таким образом, чтобы достичь рХ 5 — 7 для реакцион30

40

50

1) отход производства НТФ-ИСБ-М-1, соответствующий по составу и качеству ТУ

6 — 09 — 20 — 44 — 86 (c изм. 1, 2). Он представляет собой водный раствор КТФ

И(СНгРОзНг)з с примесью кислот общей формулы

Rn-И(снгРОзнг)з-и где n=1,2; R=C, СНз, главным образом, метилиминодиметилфосфоновой кислоты (МИДФ, и = 1, R = СНз), а также фосфористой и сбляной кислот или

° . °

2) композиция РСБ — 500, соответствующая по составу и качеству ТУ 6-02-3 — 31085 (с изм.1, 2, 3), Она представляет собой водный раствор НТФ и аминоалкилфосфоновых кислот(в условном пересчете на НТФ не менее 30 o), фосфористой кислоты (не более 10 ), соляной кислоты (не более 80 ), ного раствора. Увеличение расхода аммиака нецелесообразно, так как при р Н > 8 эффект увеличения сроков схватывания гипса и прочность образовавшегося камня те же, что и при использовании состава с рН 5 — 7, а значительное разбавление смеси аммиаком требует увеличения энергетических затрат при упаривании реакционной смеси.

При рН < 5 содержание аммонийных солей в составе недостаточно, а наличие свободных кислот приводит к снижению лрочности образующегося после застывания гипсовой смеси камня (обр.4 в табл.1), а также вызывает значительную коррозию аппаратуры, Упаривают реакционную смесь до содержания суммы вс х компонентов не ниже

65 мас.о . При снижении этого предела ниже 65 мас. происходит расслоение смеси, что затрудняет и снижает эффективность ее использования.

В табл.1 приведен состав полученных продуктов, определенный методом элементного анализа (содержание общего фосфора, трехвалентного фосфора, ионов аммония, хлоридов), комплексонометрическим титрованием (содержание НТФ и суммы аминоалкилфосфоновых кислот), методом спектроскопии ПМР (мольные соотношения НТФ и МИДФ и их солей).

Для изоляции пластов при ликвидации аварийных ситуаций, когда время действия ограничено от 10 мин до 2,0-2,5 ч, весьма заманчиво воспользоваться гипсом, затворенным на воде. Однако такая смесь застывает в течение нескольких минут. Для растяжения сроков схватывания можно применить НТФ, но она очень дорога. Поэтому для увеличения эффективности за счет регулирования сроков охватывания водогипсовой смеси при расходах реагента, значительно более низких по сравнению с расходом НТФ, предложен продукт амифол, цена которого ниже почти в 5 раз. Экономический эффект достигается за счет как низкой цены амифола, так и снижения его расхода по сравнению с НТФ. Снижение цены амифола достигнуто за счет того, что этот продукт получают из отходов и побочных продуктов производства НТФ. Снижение расхода амифола достигается за счет синергетического действия аммонийных солей МИДФ, фосфористой и соляной кислот, которые присутствуют в амифоле. Эффективность действия композиции амифол и для сравнения НТФ определяли путем введения их в качестве добавок в состав полуводного гипса,с последующим определением пределов схватывания (табл.2) и прочности образовавшегося камня на растяжение при изгибе (табл.1).

Пример 1. К 100 мл ИСБ-М-1 прибавили 74,0 мл 25о -ного водного раствора аммиака до рН 5,6. Полученный продукт после упаривания содержал аммонийные соли кислот а следующих количествах, мас.о .

НТФ 19,2; МИДФ 13,4; НзРОз 14,2. HCl

31,9 и воду — 21,3.

При растворении в 33,4 мл воды 0,02 г этой смеси (0,004 г НТФ) и последующем введении 66,6 гипса получали смесь, которая содержала 0,02о амифола (0,004

НТФ) и имела пределы схватывания 9 мин.

27 сек. — 11 мин. 20 сек.

Пример 2. Через 100 мл РСБ-500 пропускали газ аммиак до рН 7,0. После упаривания получили состав, который содержал, мас. : аммонийные соли: НТФ 27,8; МИДФ

24,1; НзРОз 7,1; HCI 11,9 и воду 29,1.

При растворении 0,15 r этой смеси (0,04 г НТФ) в 33,4 мл воды и последующем введении в этот раствор 66,6 r гипса получали смесь, которая содержала 0,15 амифола (0,04 НТФ) и имела пределы схватывания

140 мин 05 с — 148 мин 15 с.

Остальные примеры приведены в таблице 2.

Приведенные в табл.1 и 2 данные свидетельствуют о том, то:

1767157

Таблица 1

Состав добавок для регулирования сроков схватывания и его влияние на свойства гипсового камня

Тип исходного сырья

П очность на астяжение ll и изгибе мПа

Со е жанне компонентов, масс, Наименование образца (! а примера) рН

Кон ент а ия сбавки мас

Аммонийные соли KHchoT

НзРОз

H0l

0,15

0,01

0,05

0,1

НТФ

МИДФ

Вода

1,87

1,82

1,87

1,00

1.85

0.48

2,05

2,03

2,05

1,20

2.03

0 70

И 5 С-М-1

РСБ-500

ИСБ-М-1

РСБ-500

РСБ-500

НТФ

14,2

7,3

14,9

7,1

9,9

21.3

26,7

18,3

29,1

2,0

5,6

7,0

8,0

4.5

7,0

3,05

3,00

3,15

3.05

3,10

3.13

2.52

2,40

2,49

2.52

2.50

2,51

19,2

28,6

20,2

27,8

38,4

13,4

24,8

14,1

24,1

33,3

31,9

12,6

33,5

11.9

16,4 п р. l и р.2 пр.3 пр.4 пр.5 и .8

1) состав амифол более эффективен, чем отдельно взятая НТФ, в количестве, соответствующем содержанию ее в амифоле: пределы схватывания и прочность полученного камня обеспечиваются количеством амифола, в котором содержание НТФ значительно ниже, нежели то количество НТФ, которое затрачивается для получения тех же результатов при ее индивидуальном использовании в чистом виде;

2) для достижения пределов схватывания полуводного гипса в диапазоне 9 минут — 2,5 часа необходимо и достаточно ввести в него 0,015 — 0,15 мас. амифола.

При введении меньше 0,015 или больше

0,15% диапазон времени схватывания выходит за указанные границы. Эти границы выбраны исходя из того, что в случае создания аварийной ситуации или необходимости изоляции пластов именно такой отрезок времени обычно требуется для проведения аварийных или изоляционных работ.

Эффективное действие на гипсовую смесь композиции амифол и достижение синергетического эффекта может быть объяснено с позиций смешанно-лигандного комплексообразования. Наличие в амифоле ионов аммония приводит к образованию комплексных соединений кальция — аммония (типа (МН4)2Са($04)г, (NH4)zCa(HzL)n, где n = 1, 2; L — депротонированный остаток

НТФ или МИДФ) с новыми, ранее неизвестными свойствами, обладающих достаточной прочностью и более высокой растворимостью по сравнению с CaS04, что приводит, в свою очередь, к замедлению процесса взаимодействия гипса с водой и замедлению сроков его схватывания.

Следует отметить, что существенным отличием является получение амифола путем обработки побочных продуктов производства НТФ, что позволяет утилизировать

5 отходы производства НТФ, уничтожение которых ранее требовало использования специальной печи для сжигания и расхода дополнительного топлива для поддержания

10 горения.

Таким образом, предлагаемый состав более эффективен, чем традиционно ис15 пользуемая НТФ, и может быть использован для быстрой ликвидации аварии, связанной с необходимостью изоляции пласта. Ожидаемый экономический эффект оценен по экономии НТФ и составляет 6,7 тыс.

20 руб. на одну скважину.

Формула изобретения

Способ получения композиции для регулирования сроков схватывания тампонажных растворов на осн!зве гипсового

25 вяжущего, включающий растворение нитрилотриметилфосфоновой кислоты (НТФ) в воде, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности композиции, при растворении в воде НТФ дополнитель30 но обрабатывают до рН 5 — 7 аммиаком или аммиачной водой с последующим упариванием полученного раствора до содержания активных компонентов не ниже 65% при этом в качестве нитрилотриметилфосфоно35 вой кислоты используют ИСБ-M-1 — отход производства нитрилотриметилфосфоновой кислоты на стадии центрифугирования или РСБ — 500 — побочный продукт при производстве нитрилотриметилфосфоновой

40 кислоты, полученный после частичного упаривания ИСБ-M-1, 1767157

Таблица 2

Влияние добавок на сроки схватывания гипсе

Состав гипсовой смеси. 7 масс.

Температура, C

8 адогипсовое число

Сроки схватывания, мин -сек

НТФ в вми еле

НТФ амифол гипс вода начало конец

I. До минимума минимум до 100 оптиум максимум све х максим мв 15 Растворы по прототипу

Составитель А. Шарипов

Редактор Т. Федотов Техред М.Моргентал Корректор Л. Лукач

Заказ 3532 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

66,6

66,6

66.6

66,6

66,6

66,6

66 б

66.6

66.6

66.6

66,6

66,6

0,01

0,015

0.02

0,06

0,10

0.15

020

0,0014

0,0030

0,0040

0,0170

0,0200

0,0420

0 0770

0,01

0,02

0,03

0,04

0.05

22

22

22

22

22

22

22

22

22

22

0,5

0,5

0.5

0,5

0,5

0.5

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

7-15

9-00

9-27

20-30

42,15

140-05

153-48

8-20

12-00

16-55

37-40

67,50

8-40

10-17

11-20

26-45

47,42

148-15

167-29

9-00

13-53

1847

41-50

75-39