Тампонажный раствор

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

K ПАТЕНТУ

В („

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4953580/03 (22) 14.06.92 (46) ЗОБО.93 Бюл. Nu 39-40 (71) Волго-Уральский научно-исследовательский и проектный институт по добыче и переработке сероводородсодержащих газов (72) Цыцымушкин П.Ф„ Хайруллин С.Р.; Тарнавский

А.П,; Коваленко П.В; Кудряшова З.Н.; Исхаков P.M.;

Левшин В.H„M (73) Волго-Уральский научно-исследовательский и проектный институт по добыче и переработке сероводородсодержащих газов (54) ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР (19) RU (») 2ОО2О37 Cl (51) 5 Е21В 33 138 (57) Тампонажный раствор содержит, мас%: тампонажный портландцемент (ТПЦ) 7220 — 73,38; нитрилотриметилфосфоновую кислоту (НТФ) 0,02—

0,04; солянокислый гидоазин (СГ) 0,18 — 0,32 и воду .., е количества НТФ и СГ, В полученном растворе затворя|от

ТПЦ. К. Характеристика тампочажного раств.ра: повышается коррозионная стойкость . цементного камня в кислой и серазодородной среде за счет ингибирующего и синергетического действия компонентов раствора при одновременном улучшении физико-механичес ", свойств. 1 табл.

2002037 с (1гj 3!

Наиболее близким па технической сущнасlи и достигаемому результату к предлаaåèoI Ió является тампонажкый раствор P), включающий тампанажный портландце= 30 мент, нитрилотриметилфосфоновую кислоу, диэтаналамин или моноэтаноламин и

«аду при следующем соотношении компо, ентав, мас.%:

Тампанажный портланд- 35 цемент 71,66 — 75,25

Н итрилотриметилфосфоновая кислота (НТФ) 0,02 — 0,03

Диэтаноламин или моноэтаналамин 0,09-0,58

Вода Остальное.

Недостатком известного тампонажного раствора является недостаточная степень защиты металла обсадных труб от воздействия агрессивных сред. 45

Целью изобретения является повышение коррозионной стойкости цементного камня в кислой и сероводорадной среде за счет ингибирующего и синергетического действия компонентов раствора при одно- 50 временном улучшении физико-механических свойств.

Поставленная цель достигается тем, что тампанажный раствор, включающий тампонажн ый портландцемент, НТФ,. добавку и 55 воду, в качестве добавки содержит солянокисл ы и гидразин и ри сл едующем соотношении компонентов, мас.%.

Тампонажный портландцемент 72,2-73,38 м

Изобретение относится к креплению нефтяных и газовых скважин, в частности к

;арроэианно-стойким тампонажным материалам, предназначенным для цементироввния скважин, .в продукции которых содержатся агрессивные кислые компонек..! (сера адород, углекислота и др.).

При таких сложных горно-геологиче",:" 1:.: условиях тампонажный раствор, созда..-в пла.нае карроэианно-стойкое

:.: .;.нгнае кольцо,вокруг обсадной колон, н., .;ец.,вместе с тем обеспечивать надежную защиту металлической саставля ашей крепи от агрессивных сред, ла предопределяет надежность и долговечность скважин как капитального сооруже1 I!1$1.

Известен тампонажный раствор, содержащий тампанажный портландцемент, нитрилотриметилфасфакавую кислоту (НТФ), добавку (алигамер СБ-1) и воду, Недостатком данного раствора является yI.:адачнасть формируемого цементкого

: -. "- я, m ке обеспечивает защиты металла ,-..:нчх -.ðóá ат воздействия агрессивных

Нитрилотриметилфосфоновая кислота 0,02 — 0,04

Солянокислый гидразин 0,18-0,32

Вода, Остальное

Новым в заявляемом тампанажном растворе является то, что он в качестве добавки содержит солякакислый гидразин и новое количественное соотношение компонентов.

Солянокислый гидразин представляет собой кристаллический порошок белого цвета, растворимый в воде, имеет структурную формулу Нгй — MHz.2НС1, выпускается

ГОСТ 22159 — 76.

Солянакислый гидразин является солью гидразина, широко применяемого в органическом сиктезе, производстве пластмасс, резины, инсектицидав и др, Авторами экспериментально установлено, что тампанажный раствор, содержащий солянокислый гидразин и НТФ в заявляемых пределах, повышает степень защиты металла труб от общей коррозии в 1,25 — 1,30 раэ; от ахрупчивания в 1,2 — 1,24 раза по сравнению с известным.

Повышение ингибирующей способности предлагаемого тампона>кнага раствора, по мнению авторов, достигается совместным действием саляноклслага гидразина и

НТФ. При этом салякакислый гидразин, связывая свободный кислород в тампанажном растворе, при ега твердении уменьшает количества образуемых сернакислых аклслав в камна и предохраняет поверхность металла от коррозии, Икгибиравакие самаго тампонажнога раствора и формируемого камня с саатветству1ащими высокими физика-механическими свойствами т-ê,æ,å обеспечивает действие НТФ и солянакислога гидразина.

В результате этого формируется расширяющийся, газонепраницаемый высокопрочный, корразианна-стойкий- цементный камень с высокой адгезией к металлу.

При этом обеспечивается более высокая

1-- степень защиты металла ат действия агрессивных сред, Таким образом, у заявляемого тампанажного раствора появляется новое свойство, основанное на эффекте совместного действия входящих в него компонентов и заключающееся в повышении ингибирующей способности при сохранении высоких физико-механических свойств раствора и формируемого камня, что позволяет делать вывод о наличии у заявляемого раствора существенных отличий.

Тампонажный раствор приготавливается простым механическим смешением компонентов, Предварительна растворяют в воде расчетное количество НТФ и соляна2002037

85.

15

30 ли следующим образом

0,00001 г.

55 кислого гидразина и в полученном растворе производится затворение тампонажного цемента.

Технология цементирования обсадных колонн с использованием заявляемого тампонажного раствора не отличается от общепринятой.

При проведении лабораторных исследований были использованы тампонажные портландцементы марки ПЦТД 20 — 100, выпускаемые Новотроицким и. Кувасайским цементными заводами по ГОСТ 1581-85 и

НТФ по ТУ 6-03 — 20 — 72-86.

Для исследования были приготовлены тампонажные растворы с различным содержанием компонентов, определены их граничные и средние значения.

В таблице представлены физико-механические свойства тампонажного раствора и цементного камня и данные по степени защиты металла обсадных колонн.

Пример, Для приготовления 1 л заявляемого тампонажного раствора при соотношении компонентов, мас.%:

Тампонажный цемент 73,32

НТФ 0,03

Солянокислый гидразин 0,25

Вода 26,40

Необходимое количество компонентов определили по формуле

m=V 7 а; где m — масса компонента в 1 л тампойэж. ного раствора;

V — объем тампанажного раствора;

g плотность тэмпонэжного раствора, г/см; а — -нае массовое содержание компонента.

1000 1,92 73,32 m)—

= 1407,77 r цемента

1000 1,92 0,03

= 0,58 r НТФ

1000 1,92 0,25

m3—

- 4;80 r сернокислого гидразина

1000 1,92 26,40 4

= 506,85 г воды

Приготовление тампонажного раствора производили согласно ГОСТ 26798,0-85.

При этом в 506,85 r водопроводной воды комнатной температуры добавили 0,58 r

НТФ и 4,80 г сернокислого гидразина и тщательно размещали до полного растворения.

В полученную жидкость за гворения добавили 1407,77 r цемента и тщательно размешали до получения однородного тампонажного раствора.

Основные технологические параметры раствора (плотнасть, растекаемость и сроки схватывания) определяли по ГОСТ 22.798,1—

Пределы прочности цементного камня определяли по ГОСТ 26798.2 — 85.

Каррозианную стойкость цеме но о камня определяли как отношение прочности при сжатии балачек-близнецов, хранившихся в течение 2 и 180 сут в нормальных условиях во влажной среде при температуре

22+ЗяС идавлении 0,1 МПа и в агрессивной среде (в газопроводе), содержащей в общем объеме сероводорода 45%, и углекислоты

1,0 j при температуре 22+.3 С и давлении

3,5 МПа.

Газопроницэемость и расширение цементного камня определяли по методикам, описанным s рабеi ...

Адгезию цементного камня к металлу определяли следующим образом, В металлический стакан со съемным дном концентрична установили металлический стакан меньшего диаметра и в кольцевое пространство залили предлагаемый и известный.растворы. Затем стаканы помещали в термастат и выдерживали при 75 С в течение суток. После этога удалили съемное дно и на прессе YMM — 5 выдавливали внутренний стакан. По величине отрыва внутреннего стакана определяли напряжение оцепления (адгеэию) цементного камня с металлом.

Степень защиты металла обсадных труб от воздействия агрессивных сред onределяГотовили образцы известных и предла40 гаемых цементных камней в виде цилиндриков с диаметром 18 мм, длиной 110 мм с помещенными в них пластинами из стали марки С-75 размером 110х5х2 (мм). Формирование цементной оболочки производили

45 при 75ОС в течение суток. Затем торцовые части цементных цилиндров покрывали эпоксидной смолой или краской для обеспечения равномерного продвижения фронта корраизии по всей поверхности цементной оболочки.к испытуемым стальным пластинкэм. Предварительно масса каждой пластинки определялась с точностью до

Приготовленные таким образом образцы (пластинка с цементной оболочкой) помещали в специальные кассеты и выдерживали в агрессивной среде в течение

180 сут в газопроводе. гОО2О37

По истечении 180 сут испытания извлекали из газопровода цементные образцы, извлекали иэ них металлические пластины, прочищали от цемента, промывали спиртом или ацетоном и взвешивали также с точностью до 0,00001 r.

Степень защиты металла труб от воздействия агрессивных сред определяли по двум показателям:

;;) атнослтельная степень защиты от об,.;.-; и I;f рроэии по ГОСТ 17332 — 71

М2 — М1

Еv.;ч) — — -"„ 100%/, Л1

:;л=- К.-.р — относительная степень защиты мега-ilia ioi общей коррозии, /„

Ч 1, потери массы пластины, помещен. о:1,". цементную оболочку из ингибированпы:, (известного и заявляемого

1аь|пона>кных растворов);

i ;Ið - потеря массы пластины, помещенной в цемeIIThyfo оболочку из тампонажного рас ",on;. беэ инглбирующих добавок; б) 01 носительная степень защиты от ох ,иг иванич г.а ГОСТ 13813 — 68

О

К>, = — — — — — 100%; и) где . .; — огносительная степень защиты гле1алла от охрупчиванил,,,;

I>1 — количество перегибов до появления и> -,.-:,,:;:I I I нли разрушения пластины, эаклю» ченпой в цементную оболочку из ингибированного (заявляемого и известного) тампонажного раствора; пг — количество перегибов до появления трещин или разрушения пластины, заключенной в цементную оболочку иэ тампонажного раствора, не содержащего ингибирующие добавки.

Результаты исследований, описанных в примере, представлены в опыте 7 таблицы.

Результаты аналогичных испытаний известного, предлагаемого и контрольных тампонажных растворов представлены в таблице.

Из таблицы видно, что известныи раствор (опыты 1 — 4) при твердении формирует высокопрочный газонепроницаемый, беэусадочный корроэионно-стойкий цементный камень. При этом адгезия цементного камня к металлу составляет 0,31 — 0,41 МПа, степень защиты последнего от агрессивных сред составляет (10 — 11% от охрупчивания и

29-30% от общей коррозии), Заявляемый тампонажный раствор (опыты 5 — 12) формирует цементный камень, 5

35 имеющий физико-математические свойст- . ва, не уступающие известному, а даже превосходящие по некоторым показателям.

Заявляемый тампонажный раствор вполне технологичен, а цементный камень обеспечивает повышенную защиту металла (от общей коррозии — 37 — 39%, от охрупчивания—

13 — 15%), Из таблицы видно, гто содержание солянокислого гидразина оптимально в rfpoделах 0,18 — 0,32 мас,%, Содержание солянокислого гидразина более 0,32 мас.% при средних значениях содер>кания других компонентов не повышает степени защиты металла труб (опыт:18) и при содержании соллнокислого гидразина -IGHCB 0,18 мас.% степень защиты уменьшаетсл (off -.гг 17), Содер>канис НТФ более 0,04 ",«с,% удлиняет сроки схватыванлл росТВорВ, что не дает возможность формируемому камню набирать высокую прочность, и как следствие не обеспечиваатсл пов ImeHI » степени заLlj11TbI MBTBJflIQ (orIfiIT 1 6), а fi pi:". co+i.,D>KB HYING менее 0,02% тампа а>кный раствор имеет малые сроки схватыва1 ил, "ITo делает раствор нетехналогичным (опыт 15), Оптимальное содержание 1« irioH3>KHQго портландцемента находится в пределах

72,2-73,38 мас.%, так как пр:. ссдержании более 73,38 мас, % (опыт 13) тампонажный раствор нетехнологичен — имеет малую подвижность (16,5 см по конусу АзНИИ), при содержании менее 72,2 мас.% (опыт 14) прочность камня хуже, чем у и--.âcTного раствора, и не обеспечиваетсл улучшения степени защиты металла.

Таким образом, эалвляемый тамoioна>кный раствор и на его основе цементный камень обладают высокими физико-механическими свойствами и технологи- ескими параметрами и обеспечивают повышенную степень защиты металлической крепи скважиныы.

Заявляемый тампона>кный раствор может быть использован для цементирования обсадных колонн в условиях измеренных температур в скважинах со сложными горно-геологическими условиями и наличии агрессивных пластовых флюидов, (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1046480, кл, Е 21 В 33/138, 1982, Авторское свидетельство СССР

¹ 1127968, кл. Е 21 В 33/138, 1983.

2002037

Ф х . о

4- «,Щ

О DL(Q

I о

- о

=1

Щ

CQ <

Ш (Q

Z !(Q Q) с 2 (О (- 0 () о

1 !

D !ч;,-, о е - о (о о ещо

Q42 7 Шоо о

CQф,ООЩ (D CQ CL хоа

1" (D ОЪ ("4 а е» а с—

+ + + +

«

l ( г +

1- + +

G0 CO :3 С Э (О % С >

1 » 4«" () (» СО l« I« (с!

F cCt l

С С4(. !

- Г«. !» ( — — i

СЧ С 4 СЧ С > СМ

l f« li«(- Р !

Ю

« о. х .0

Ц(CQ и (о

Щ (= й"

Щ

1-.

Q4

Х

CQ

Щ

Б х

Я !

44 . 1С4

К (Q

1Щ

Ш

Щ о о т;

CQ о. о

CQ

1о

CQ

CL

О

X х

CQ

Z о (:

CQ (Щ

Ш

1О

), о

Ш и

CLt

Б

С3 (Q

Х

CQ

Х (D о

М ъ

CPJ .ь (.4!С4 () Ф !4 С ) Л Ч "«, Р4 — О 4 с ч т с с е — с г

СЧ C>mmCnOЬСаIЮ

О СПа>С4 Cna>МОЭ ж ОЭ СО ааwаааааааа

it с 4 (3 «4! LD () а — — с 4 «l б 1 М N "4 аааaaаaааoа (О Л ГМ4 C) а а (4 C) О C) а

Г2 С 4 с (3 Г1 (. C! n (-,! Г! С4

c=. l«GQ со со сс! cr a,Э СО С0 СО G3 С) (-- (- CD CQ I«

3 ас.ааааaааа а ч. с. а t c 4- л " а сз

I Г 7 I I I I I I .1 Ч Л (С4 Ю Ю !Гр () ?-- (Л;а 1

i c вас. аааааааа ! со и с,! с с . «4 Ф c Q a -"" ! i I l I (! 1

L а л о а !.; ааааа

=-С> -- "(OLDС!= -С (. 4 CPl Г 4 (М - С 4 СЧ С4 ("! C !!

1 . 4- Р .Г! - n С > Z" CQ

0-. С!) -4 CQ CtQ О) 0) О Л О! а тС вЂ” ЕP"- ( с

tt С Э СЛ C 4 (D CCt (Л C Q Ю D

a n m сл и> с cQ ж с с (О (D Ж (D LD W (D (D (С! (С-

С 4 С СМ С (СИ Ь nl 4 С 4 (.4 !

\» I» t t. ! . !.- !

uuuuuuuuu(. (. П СС С 4 10 И LA LD О Ю

С 4 СЧ Г3 СМ С«! С4 С 4 (" ааааа ааc3аГ (l

С 4 Wt" W (") С Э С4 —. La () ("

DГзDDааааас а зааааааас. (аP — CP4() Г (О Ж !«- QQ

1 P Ф Ф С

2002037

IK

X

;л Щ а щ х о

I о

Ф

Ф о

С5 с

Щ

1Ф

2

1к

6 ф а ф

Ь

3о а

Ф щ

S E

Z д

Ф р о о

СО О 33Ъ

СЧ LA 3 о о о

О 33Ъ Ф 3 Ф о о о о о

О cD 3 »

1и о т

5 о

СЪ, с

C

Ю

S, I»

2 о о в

LO t» CD

О 33Ъ О

СЪ 5

1 1 3 3 С Ъ

1б

М о

CL

X

Е о с

Щ

С5 т о о о

lf) tP С Ъ

С") с3 м

Ф

1 и

Щ

0 о о о «о

СЧ

Щ о Й и и о с о I с

С Ъ Cb О>

С"Ъ t CD

С Ъ СЧ СЧ

С5

Ф

Щ о и о и к

С5

ЪС

Щ

С> о

СС

I и

ID

СЧ о

2 ,z

Z о

Й о

С9 С Ъ о о о о

O CD e

CD СЧ l

CD СЧ СЧ

CD l t о

I»

C о оъ о

СЧ СЧ

6 с ь аа о о к о S Z О И щ, CO I» g

СЧ

Е СЧ о

- x

О СЧ то

О m

3» Щ

S O. ао

С= СЧ

C т съ

m x о щ

1. о.2 C

3 О

X i

Ф с

Ф X

« Е

Ф 2

Z о

m o

IS Фт

X Z аФ

О 3

9 л

v о

Ф

S х о

Ф а

Б о

5 а С: СЧ

1 х

Щ

2

C о х

X с

Щ

1и о

Щ

С о

Щ

Щ

Щ о с о

=У

S о

CL

I» о

С5 о

1т

Ф

Е

Ф

=т

С3

Щ о с

1m а

Z O

C5 C

СЪ. 11S

2 о z

СЧ )(S Щ о

С"

Ф

X m.

О 1а

hC х щ

- с

Щ

1- о

2 у

C о с х о

Ф и и ф S оо

+ СЧ

IK 1

С5 о ст

IZ »«

Ф

X ео

I» .О и ол

Ф СЧ

Щ

=У

Z X о щ о а

1о о щ о

I CQ

2002037

Формула изобретения

Составитель П.Цыцымушкин

Техред М. Моргентал Корректор А Обоу,,ар

Редактор С. Кулакова

Заказ 3160

Тираж Подписное

НПО Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат йэтент, г. Ужгород, ул..Гагарина, . О:

ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР. включающий тампонажный портландцемент, нитрилотриметилфосфоновую кислоту, добавку и воду, отличающийся тем, что ан содержит в качестве добавки солянокислый гидразин при следующем соо гнов енl1и KQf Онентов, мас.Я,, Тампонажный портландцемент 72 20 — /Д,:..1

5 Иитрилотриметилфосфонозач кислота 0,02. 0,04

Солянокислый гидразин

Вода .