Тампонажный раствор для крепления скважин в соленосных отложениях

 

Сущность изобретения: тампонажный раствор содержит, мас. тампонажный цемент 70,17 71,17; хлорид натрия 1,83 3,05; мономер В-2- продукт взаимодействия водного раствора аммиака и легкой фракции хлорированных углеводородов 0,35 1,05 и воду остальное. Характеристика: улучшаются прочностные и адгезионные свойства цементного камня в заколонном пространстве. 1 табл.

Изобретение относится к области бурения скважин, в частности к тампонажным растворам для цементирования нефтяных и газовых скважин в соленосных отложениях в условиях нормальных температур.

Для цементирования обсадных колонн в соленосных отложениях используются солесодержащие тампонажные растворы, предотвращающие образование соляных оторочек между цементным камнем и стенкой скважины и способствующие повышению качества крепи скважин.

Известен тампонажный раствор для крепления скважин в соленосных отложениях, включающий тампонажный цемент, хлорид натрия, хлорид кальция и воду [1] Известный тампонажный раствор формирует цементный камень с недостаточной прочностью и адгезией к металлу и имеет усадочность при твердении.

Наиболее близким к заявляемому является тампонажный раствор [2] включающий тампонажный цемент, хлорид натрия, воду и добавку, в качестве которой он содержит алкилбензилдиметиламмоний хлорид (катамин АБ) при следующем соотношении компонентов, мас. Тампонажный цемент 71,393-72,990 Хлорид натрия 2,890-8,084 Катамин АБ 0,004-0,036 Вода Остальное Недостатком известного раствора является недостаточно высокие значения показателей прочности и адгезии формируемого цементного камня.

Цель изобретения повышение качества крепления скважин за счет улучшения прочностных и адгезионных свойств цементного камня в заколонном пространстве.

Цель достигается тем, что тампонажный раствор для крепления скважин в соленосных отложениях, включающий тампонажный цемент, хлорид натрия, азотсодержащую добавку и воду, в качестве добавки содержит мономер В-2 при следующем соотношении компонентов, мас. Тампонажный цемент 70,17-71,17 Хлорид натрия 1,83-3,05 Мономер В-2 продукт взаимодействия водного раствора аммиака и лег- кой фракции хлорирован- ных углеводородов 0,35-1,05 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 минус 18^оС. Мономер В-2 не горюч, не взрывоопасен.

Экспериментально установлено, что применение мономера В-2 в качестве добавки в заявляемый тампонажный раствор в условиях нормальных температур позволит получать цементный камень с повышенной прочностью и адгезией к металлу.

При этом технологические параметры тампонажного раствора сохраняются в пределах, предусмотренных ГОСТ 1581-91, а цементный камень имеет расширение в пределах 0,40-0,45. Прочность цементного камня повышается в 1,2-1,5 раза, адгезия к металлу 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 ДО-50 по ГОСТ 1581-85, хлорид натрия по ГОСТ 13830-84.

Приготовление тампонажного раствора производили согласно ГОСТ 26798.0-85. При этом в 509,01 г водопроводной воды комнатной температуры (22 ± 3^оС) добавили 47,04 г хлорида натрия и 13,92 г мономера В-2, перемешали до полного растворения. В полученную жидкость затворения добавили 1390 г тампонажного цемента и тщательно размешали до получения однородного тампонажного раствора.

Основные технологические параметры тампонажного раствора (плотность, растекаемость, сроки схватывания) определяли по ГОСТ 26798.1-85.

Пределы прочности цементного камня определяли по ГОСТ 26798.2-85.

Напряжение сцепления цементного камня с металлом определяли следующим образом.

В металлический стакан со съемным дном концентрично установили металлический стакан меньшего диаметра и в кольцевое пространство залили исследуемые тампонажные растворы, поместили в термостат, где выдерживали при 22 ± 3^оС в течение двух 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.

Изменение объема тампонажного раствора при твердении определяли по методике с использованием прибора Жигача-Ярова.

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

Анализ табличных данных показывает.

Известный раствор (опыт 1-4) формирует цементный камень прочностью 3,24-5,50 МПа и адгезией к металлу 1,85-2,30 МПа с увеличением своего объема при твердении в пределах 0,35-0,42% Заявляемый тампонажный раствор имеет основные технологические параметры, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 1581-91, и образует цементный камень повышенной, в сравнении с известным, прочности, достигающей 5,60-6,40 МПа и адгезией 2,40-3,10 МПа. Расширение цементного камня при этом находится на уровне прототипа и составляет 0,40-0,45% Предельное содержание компонентов определено следующим образом.

Оптимальное содержание тампонажного цемента 70,17-71,17 мас. Содержание тампонажного цемента менее 70,17 мас. (опыт 14) при средних значениях содержания других компонентов обеспечивает прочность цементному камню и адгезию к металлу на уровне аналогичных показателей прототипа. При содержании тампонажного цемента более 71,17 мас. (опыт 15) тампонажный раствор ухудшает свою подвижность (растекаемость 17 см по конусу АзНИИ) и становится непригодным для цементирования обсадных колонн.

Содержание хлорида натрия оптимально в пределах 1,83-3,05 мас. При содержании хлорида натрия менее 1,83 мас. (опыт 16) формируемый цементный камень имеет прочностные характеристики на уровне прототипа, а при содержании хлорида натрия более 3,05 мас. (опыт 17) тампонажный раствор увеличивает сроки схватывания, не повышает прочностных характеристик при твердении.

Содержание мономера В-2 определено оптимальным в пределах 0,35-1,05 мас. При содержании последнего менее 0,35 мас. (опыт 18) прочность камня и его адгезия к металлу не превышает аналогичных показателей прототипа.

Содержание мономера В-2 более 1,05 мас. (опыт 19) не дает дальнейшего увеличения прочности формируемого камня и его адгезии к металлу.

Таким образом, обладая высшими прочностными и адгезионными свойствами цементного камня и при сохранении показателей расширения последнего в процессе твердения, заявляемый раствор может быть использован для цементирования обсадных колонн в соленосных отложениях в условиях нормальных температур и рекомендован для крепления нефтяных и газовых скважин страны с аналогичными горно-геологическими условиями.

Формула изобретения

ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ СКВАЖИН В СОЛЕНОСНЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ, включающий тампонажный цемент, хлорид натрия, 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 70,17 71,17 Хлорид натрия 1,83 3,05 Мономер В-2 продукт взаимодействия водного раствора аммиака и легкой фракции хлорированных углеводородов 0,35 1,05 Вода Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2