Тампонажный раствор для цементирования нефтяных и газовых скважин

 

Сущность изобретения: тампонажный раствор содержит, мас.%: тампонажный цемент 73,0 - 73,80, мономер В - 2 - продукт взаимодействия водного раствора аммиака и легкой фракции хлорированных углеводородов 0,37 -0,74, вода - остальное. Растворяют мономер В - 2 в воде. Небольшими порциями в водный раствор мономера В - 2 вводят тампонажный цемент. Перемешивают до получения однородного раствора. При снижении водоцементного отношения и сохранении нормальной растекаемости повышают прочностные и адгезионные свойства цементного камня. 1 табл.

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к тампонажным растворам для цементирования нефтяных и газовых скважин в условиях умеренных температур.

Известен тампонажный раствор для цементирования нефтяных и газовых скважин, содержащий тампонажный цемент, нитрилотриметилфосфоновую кислоту, гексаметилентетрамин и воду [1]. Тампонажный раствор характеризуется высоким водосодержанием, вызванным необходимостью придания ему технологически необходимых параметров, например растекаемости.

Вместе с тем цементный камень, формируемый из тампонажного раствора с высоким водосодержанием имеет недостаточную прочность и незначительное сцепление с металлом.

Наиболее близким к заявляемому по совокупности признаков является тампонажный раствор для цементирования нефтяных и газовых скважин, включающий тампонажный цемент, нитрилотриметилфосфоновую кислоту (НТФ), воду и добавку, в качестве которой содержит алкилбензилдиметиламмонийхлорид (катамин АБ) при следующем соотношении компонентов, мас. % [2]: Тампонажный цемент 71,3954 - 72,9767 Нитрилотриметил- фосфоновая кислота 0,0182 - 0,0255 Алкилбензилдиметил- аммонийхлорид 0,0037 - 0,0255 Вода Остальное НТФ и катамин АБ являются азотсодержащими веществами.

Недостатки известного раствора - высокое водосодержание (водоцементное отношение) и обусловленные этим недостаточные прочностные и адгезионные свойства формируемого цементного камня.

Цель изобретения - повышение качества крепления скважин путем снижения водоцементного отношения тампонажного раствора при сохранении нормальной растекаемости и повышении прочностных и адгезионных свойств цементного камня.

Для достижения указанной цели тампонажный раствор, включающий тампонажный цемент, азотсодержащую добавку и воду, в качестве азотсодержащей добавки содержит мономер В-2 - продукт взаимодействия водного раствора аммиака и легкой фракции хлорированных углеводородов при следующем соотношении компонентов, мас. %: Тампонажный цемент 73,00 - 73,80 Мономер В-2 - продукт взаимодействия водного раствора аммиака и легкой фракции хлорированных углеводородов 0,37 - 0,74 Вода Остальное Новым в тампонажном растворе является содержание в качестве азотсодержащей добавки - мономера В-2 - продукта взаимодействия водного раствора аммиака и легкой фракции хлорированных углеводородов.

Мономер В-2 (ТУ 6-00-1012949-26-92) представляет собой жидкость от желтого до бордового цвета, без видимых механических включений, плотностью 1,07 - 1,09 г/см³, показателем активности водородных ионов рН = 7, температурой застывания не выше -18^оС. Мономер В-2 не горюч, не взрывоопасен.

Экспериментально установлено, что применение мономера В-2 в качестве добавки снижает водопотребность тампонажных растворов при сохранении нормальной растекаемости и удлиняет сроки схватывания последнего, что обеспечивает повышение прочности цементного камня на изгиб в 1,2 - 1,3 раза, напряжение сцепления камня с металлом в 1,3 - 1,4 раза.

С целью оценки качества тампонажного раствора и цементного камня были проведены исследования по определению их физико-механических свойств.

Для приготовления тампонажного раствора были использованы портландцемент марки ПЦТ Д20-100 по ГОСТ 1581-81 и НТФ по ТУ 6-03-20-72-86.

Исследования производили по известным методикам, показанным в ГОСТ 26798.0-85 - ГОСТ 26798.2-85 и ГОСТ 1581-91.

Напряжение сцепления цементного камня с металлом определяли следующим образом.

В металлический стакан со съемным дном концентрично установили металлический стакан меньшего диаметра, а в кольцевое пространство залили исследуемые тампонажные растворы и поместили в термостат, где выдерживали при температуре 75^оС в течение суток. После этого удалили съемное дно и на прессе УММ-5 выдавили внутренний стакан. По величине усилия отрыва внутреннего стакана определяли напряжение сцепления цементного камня с металлом.

П р и м е р. Для приготовления тампонажного раствора в водопроводную воду вводят мономер В-2 и перемешивают до полного растворения, после чего небольшими порциями вводят ПЦТ и перемешивают до полного получения однородного тампонажного раствора.

Результаты опытов и состав тампонажного раствора в заявленных интервалах приведены в таблице.

Заявляемый тампонажный раствор (опыты 5 - 10) имеет водоцементное отношение 0,35 - 0,36 при технологически необходимых параметрах (растекаемость 19-21 см и сроки схватывания в пределах ГОСТ 1581-85). Формируемый цементный камень имеет прочность при изгибе, равную 7,8 - 8,8 МПа, напряжение сцепления с металлом (адгезию), равное 3,1 - 3,6 МПа.

Экспериментально установлено, что оптимальное содержание мономера В-2 находится в пределах 0,37 -0,74 мас. %. При содержании менее 0,37 мас. % (опыт 11) тампонажный раствор при удовлетворительных технологических параметрах формирует цементный камень с показателями, не лучшими, чем аналогичные показатели прототипа. Содержание мономера В-2 более 0,74 мас. % (опыт 12) не дает улучшения прочностных и адгезионных характеристик.

Содержание тампонажного цемента в пределах 73,00 - 73,80 мас. % является оптимальным, так как при содержании менее 73,00 мас. % (опыт 13) при среднем содержании мономера В-2 прочность камня и его адгезия к металлу не лучше, чем аналогичные показатели прототипа, а при содержании более 73,80 мас. % (опыт 14) тампонажный раствор ухудшает свою подвижность (растекаемость 17 см) при высоких прочностных и адгезионных показателях формируемого цементного камня.

Предлагаемый тампонажный раствор и цементный камень на его основе обладают высокими физико-механическими свойствами и технологическими параметрами и могут быть использованы для цементирования обсадных колонн в условиях умеренных температур.

Формула изобретения

ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН, включающий тампонажный цемент, азотсодержащую добавку и воду, отличающийся тем, что в качестве азотсодержащей добавки он содержит мономер В-2 - продукт взаимодействия водного раствора аммиака и легкой фракции хлорированных углеводородов при следующем соотношении компонентов, мас.%: Тампонажный цемент - 73,0 - 73,80 Мономер В-2 - продукт взаимодействия водного раствора аммиака и легкой фракции хлорированных углеводородов - 0,37 - 0,74
Вода - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1