Комплексный реагент для тампонажных растворов
Владельцы патента RU 2323242:
Общество с ограниченной ответственностью "ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь" (RU)
Общество с ограниченной ответственностью Когалымский научно-исследовательский и проектный институт нефти (ООО "КогалымНИПИнефть") (RU)
Изобретение относится к составу комплексного реагента и предназначено для приготовления тампонажных растворов. Технический результат - повышение прочностных и адгезионных свойств тампонажных растворов. Комплексный реагент для тампонажных растворов содержит, мас.%: поливинилацетатную дисперсию 88,9-90,1, нитрилотриметилфосфоновую кислоту 0,9-2,22, дибутилфталат 4,44-4,50, этиленгликоль 4,44-4,50. 1 табл.
Изобретение относится к креплению нефтяных и газовых скважин в сложных геолого-технических условиях на водоплавающих залежах, больших углах отхода ствола от вертикали, при наличии каверн и застойных зон и может быть использовано для приготовления тампонажных растворов с высокими прочностными и адгезионными свойствами и их применения в указанных выше условиях.
Известен раствор на основе портландцемента и воды, включающий в качестве комплексного реагента нитрилотриметилфосфоновую кислоту (НТФ) и асбест (А.С. №939729, Е21В 33/138, 10.10.80).
Однако этот раствор экологически опасен, поскольку содержит асбест, а тампонажный камень из этого раствора недостаточно прочен и обладает низкой адгезией к ограничивающим поверхностям.
Указанные недостатки тампонажного раствора частично устраняются использованием комплексного реагента, содержащего поливинилацетатную дисперсию (ПВАД) и соль НТФ - корилата (п. №2179231 Е21В 33/138, 10.02.2002). Этот комплексный реагент по технической сущности близок к предлагаемому и может быть принят за прототип.
Недостатком указанного реагента является то, что при его использовании тампонажный камень имеет недостаточную прочность и адгезию к ограничивающим поверхностям.
Задачей изобретения является разработка реагента, повышающего прочностные и адгезионные свойства тампонажного раствора - камня при температурах до 100°С.
Сущность изобретения заключается в том, что реагент для тампонажных растворов, содержащий ПВАД и добавку, в качестве добавок содержит НТФ, дибутилфталат (ДБФ) и этиленгликоль (ЭГ) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| ПВАД | 88,9-90,1 |
| НТФ | 0,9-2,22 |
| ДБФ | 4,44-4,5 |
| ЭГ | 4,44-4,5 |
Из патентной и научно-технической литературы нам не известен реагент для тампонажных растворов, содержащий совокупность указанных выше компонентов в предложенном количественном соотношении, что позволяет сделать вывод о новизне заявляемого технического решения.
ПВАД производится по ГОСТ 18992-80.
НТФ производится по ТУ 6-09-52-83-86, используется в качестве замедлителя сроков схватывания тампонажных растворов.
ДБФ выпускается по ТУ 6-09-985-81.
ЭГ производится по ГОСТ 19710-83.
Комплексный реагент для тампонажных растворов получают смешиванием ПВАД, НТФ, ДБФ и ЭГ. При этом НТФ является более активной составляющей реагента (рН<1) чем соль этой кислоты - корилат (рН=2,5-3,5). Кислота взаимодействует с компонентами реагента с образованием новых модифицированных веществ с химически активными группами. Образующийся химически активный реагент сложного состава с кислотными свойствами взаимодействует с силикатами цемента, активизирует их гидратацию и твердение с повышением прочностных и адгезионных свойств. ДБФ, ЭГ и их производные с кислотой диспергируют поливинилацетат, пластифицируют тампонажный раствор, подавляют пенообразование. В целом реагент эффективно кольматирует, уплотняет цементный камень, вследствие чего возрастают показатели его прочности и адгезии. Каждый компонент этого реагента в отдельности либо замедляет загустевание, либо снижает прочность и адгезию ниже необходимых пределов (таблица). В совокупности в комплексном реагенте из-за новообразований обеспечивается синергетический эффект и достижение поставленной задачи.
Комплексный реагент в лабораторных условиях готовят смешением расчетных количеств компонентов с последующим перемешиванием мешалкой до получения однородной массы, затем растворяют его в воде и затворяют цемент, определяют свойства тампонажного раствора. Образцы твердеют в течение 24 часов. Адгезию определяют методом выдавливания цементного образца из стальной обоймы при создании нагрузки прессом.
В таблице приведены результаты определения прочности и адгезии тампонажного раствора - камня с добавками реагента, с различным соотношением компонентов, в наибольшей степени повышающих прочность камня и его адгезию к металлу обсадных труб.
Установлено, что в комплексном реагенте оптимальным является содержание ПВАД 88,9-90,1%, НТФ 0,9-2,22%, ДБФ и ЭГ по 4,44-4,5%. За пределами этих концентраций реагент вызывает увеличение или сокращение сроков загустевания, снижение прочности и адгезии цементного раствора - камня до технологически неприемлемых значений.
Добавка 1% комплексного реагента к массе цемента при одних и тех же условиях твердения увеличивает прочность и адгезию цементного камня в большей степени, чем реагент по прототипу. При этом сроки загустевания находятся в технологически необходимых пределах.
Из существующего уровня техники нам не известно, что ингредиенты, входящие в состав комплексного реагента в заданном соотношении, обеспечивают указанные выше свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию «изобретательский уровень».
Пример применения тампонажного состава в промысловых условиях.
Во время затворения тампонажного раствора заранее приготовленная суспензия, содержащая ПВАД, НТФ, ДБФ и ЭГ, растворяется в мерниках цементировочного агрегата, в котором набран требуемый для цементирования объем жидкости затворения.
Предлагаемый состав тампонажного раствора испытывался в промысловых условиях на трех скважинах Тевлинско-Русскинского и двух скважинах Равенского месторождений.
Интервал цементирования на скважинах составлял в среднем 2400 -2600 м по вертикали, пластовая температура на забое - 68°С, требуемый объем тампонажного раствора - 7 м3, требуемая масса цемента ПЦТ I-G 10 т.
На базе тампонажного предприятия за 6 часов до начала цементировочных работ была приготовлена суспензия реагента, состоящая из ПВАД, НТФ, ДБФ и ЭГ, смешанная в следующем количестве:
- ПВАД - 100 кг(90,1%);
- НТФ - 1 кг (0,9%);
- ДБФ - 5 кг (4,5%);
- ЭГ - 5 кг (4,5%).
В мерники цементировочного агрегата, в котором было набрано 4 м3 технической воды, предназначенной для затворения тампонажного раствора, ввели приготовленный комплексный реагент в количестве 1% к массе цемента. После циркуляции полученного раствора в течение 5 минут произвели приготовление цементного раствора. При этом тампонажно-технологические показатели раствора и камня были следующие:
| плотность | 2000 кг/м3 |
| водоотделение | 0% |
| прочность (через 1 сут при 68°С), изгиб/сжатие | 10,2/35,8 МПа |
| водоотдача | 90 см3/30 мин |
| время загустевания | 100 мин |
| растекаемость | 200 мм |
| адгезия цементного камня к ограничивающей поверхности | 4,2 МПа. |
Цементирование опытных скважин прошло без осложнений.
По результатам геофизических исследований (АКЦ) установлено повышение плотности контактов цементного камня с колонной и породой, межпластовые перетоки отсутствуют.
Таким образом, техническим результатом изобретения является повышение качества крепления скважин и разобщения пластов.
Источники информации
1. AC №939729, Е21В 33/138, от 10.10.1980 г.
2. Патент РФ №2179231 от 10.02.2002 приоритет 18.04.2000 г.
| Таблица | |||||||||||
| Состав реагента, свойства тампонажного раствора | |||||||||||
| № пп | Состав реагента, % | Свойства тампонажного раствора - камня с добавкой 1% реагента при твердении 24 часа | |||||||||
| ПВАД | НТФ | ДБФ | ЭГ | Корилат | Температура твердения, °С | Прочность камня на изгиб, МПа | Прочность камня на сжатие, МПа | Адгезия камня к металлу, МПа | Время загустевания при давлении 30 МПа, мин | Примечания | |
| 1 | - | - | - | - | - | 75 | 3,6 | 9,8 | 1,5 | 150 | |
| 2 | 100 | - | - | - | - | 75 | 2,6 | 7,1 | 1,1 | 370 | |
| 3 | - | 100 | - | - | - | 75 | - | - | - | - | Не загущается |
| 4 | - | - | 50 | 50 | - | 75 | 4,1 | 11,8 | 2,3 | 310 | |
| 5 | 85,0 | 0,6 | 7,2 | 7,2 | - | 75 | 6,8 | 19,4 | 9,7 | 90 | |
| 6 | 90,1 | 0,9 | 4,5 | 4,5 | - | 75 | 5,5 | 26,6 | 8,6 | 180 | |
| 7 | 88,9 | 2,22 | 4,44 | 4,44 | - | 75 | 3,6 | 22,5 | 7,7 | 201 | |
| 8 | 92,0 | 3,0 | 2,5 | 2,5 | - | 75 | 2,4 | 8,8 | 3,3 | 482 | |
| 9 | 90,1 | 0,9 | 4,5 | 4,5 | - | 100 | 12,6 | 42,0 | 6,2 | 161 | |
| 10 | 88,9 | 2,22 | 4,44 | 4,44 | - | 100 | 7,8 | 30,0 | 5,5 | 188 | |
| 11 | 99,6 | - | - | - | 0,4 | 75 | - | - | 3,0 | 203 | По прототипу |
| 12 | 99,6 | - | - | - | 0,4 | 100 | - | - | 4,5 | 100 | По прототипу |
Комплексный реагент для тампонажных растворов, содержащий поливинилацетатную дисперсию и добавки, отличающийся тем, что в качестве добавок он содержит нитрилотриметилфосфоновую кислоту, дибутилфталат и этиленгликоль при следующем содержании компонентов, мас.%:
| Поливинилацетатная дисперсия | 88,9-90,1 |
| Нитрилотриметилфосфоновая кислота | 0,9-2,22 |
| Дибутилфталат | 4,44-4,50 |
| Этиленгликоль | 4,44-4,50 |
