Тампонажный раствор
ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОРj ключающий портландцемент, нитрилотриметилфосфоновую кислоту и воду, от л и-ч ающи и ся тем, ч то, с целью пов.ышеНИН коррозионной стойкости в кислых средах и в среде се роводородной агрессии путем улучшения реологических свойств тампонажного раствора, улучшения прочностных и адгезионных свойств цементного камня и ингибирования повегрхности новообразований при. гидратации цемента, он дополнительно содержит сульфированную фенолформальдегидную смолу новолачного типа, модифицированную фурфуролом (олигомер СБ-1) при следующем соотношении компонентов , мас.ч.: Портландцемент 71,19-73,00 Нитрилотриме-J тилфосфоновая (Л кислота0,007-0,008 Олигомер СБ-1 0,35-2,17 Вода25,36-28,46
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
3(5П E 21 В 33/138
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
71,19-73,00
0,007-0,008
0,35-2,17
25,.36-28,46
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3459355/22-03 (22) 27.04.82 (46) 07.10.83. Бюл. 9 37 (72) А.П. Тарнавский, В.С. Данюшевсжий, К.Ф. Паус,. Н.A. Рябинин, П.Ф. Цыцымушкин, В.A. Золотухин, Б.П. Ситков и С.Н. Горонович (71) Волго-Уральский научно-исследовательский и проектный институт по добыче и переработке сероводородсодержащих газов (53) 622.245.42(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
9 785463, кл. E 21 В 33/138.
2. Авторское свидетельство СССР
9 825861, кл. E 21 В 33/138, 1980 (прототип). (54)(57) ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР, включающий портландцемент, нитрилотриметилфосфоновую кислоту и воду, „„Я0„„1046480 А о т л и.ч а ю шийся тем, что, с целью повышения корроэионной стойкости в кислых средах и в среде се роводородной агрессии путем улучшения реологических свойств тампонажного раствора, улучшения прочностных и адгезионных свойств цементного камня и ингибирования поверхности новообразований при. гидратации цемента, он дополнительно содержит сульфированную фенолформальдегидную смолу новолачного типа, модифицированную фурфуролом (олигомер
СБ-1) при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Портландцемент
Нитрилотриметилфосфоновая кислота
Олигомер СБ-1
Вода
1046480!
Портла ндцемен т
Нитрилотриметилфосфоновая кислота
Олигомер СБ-1
Вода
71,19-73,00
0,007-0,008
0,35-2,17
25,36-28,46
66,65-66,67
Таблица 1
Водоцементное отклонение
Тампонажный портландцемент, мас.ч.
СБ-1 мас. ч.
Вода, мас. ч.
НТФ, мас.ч.
Состав
0,5
0,007
33,33
66,66
0,008
28, 36
0,7
0,4
70,93
0,007
0,35
1,45
25,54
73,00
Изобретение относится к креплению нефтяных и газовых скважин, в частности к корроэионностойким тампонажным материалам, предназначенным для цементирования скважин, в продукции которых содержатся кислые компоненты (сероводород, углекислота и др).
Известен тампонажный раствор, содержащий цемент, поверхностно-активное вещество (сульфанол), регуляторы сроков схватыванйя и загустевания, органический компонент (флотореагент Т-бб, соответствующий
ТУ-38-103243-74) и воду 1 ).
Однако этот тампонажный раствор является недостаточно коррозионностойким в кислых средах и в среде сероводородной агрессии, что, в свою очередь, сказывается на прочности его цементного камня.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является тампонажный раствор, содержащий портландцемент нитрилотриметилфосфоновую кислоту и воду при следующем со- отношении компонентов, мас.ч.:
Цемент
Нитрилотриметилфосфоновая кислота 0,0005-0,03
Вода 33,32-33,33 (23
Известный тампонажный раствор является недостаточно коррозионностойким в кислых средах и в среде сероводародной агрессии, что,, в свою очередь, сказывается на прочности его цементного камня.
Цель изобретения — повышение корроэионной стойкости в кислых средах и в среде сероводородной агрессии путем улучшения реологических свойств тампонажного раствора, улучшения прочностных и адгезионных свойств цементного камня и ингибирования поверхности новообразований при гидратации цемента.
Укаэанная цель достигается те"i, что тампонажный раствор, включающий портландцемент, нитрилотриметилфосфоновую кислоту и воду, дополнительно содержит сульфированную фе5 нолформальдегидную смолу новолачного типа, модифицированную фурфуролом (олигомер СБ-1) при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Олигомер СБ-1 (СБ-1) — сульфированная фенолформальдегидная смола новолачного типа, модифицированная
2О фурфуролом — выпускается химической промышленностью в виде 35%- ного водного раствора и. является хорошим пластификатором. В то же время нитрилотриметилфосфоновая кислота яв25 ляется диспергатором суспензии тампонажного раствора. Совместные их химико-физические воздействия на тампонажный раствор позволяют эффективно его раэжижать и тем самым эна30 чительно снижать водоцементное отношение тампонажного раствора при его удовлетворительной прокачиваемости и получать прочный и непроницаемый цементный камень.
При гидратации цемента поверхности новообразований частично ингибируются СБ-1, в результате чего образуется непроницаемый цементный камень, стойкий к сероводородной .arрессии, о чем свидетельствуют испытания образцов цементного камня ,предлагаемого и известного растворов на коррозионную стойкость.
Для сравнительного анализа ингибирующих свойств СБ-1 взяты,следу45 ющие составы тампонажных растворов (табл. 1),.
1046480
Состав
Адгезионные свойства
2 3
Таблица 2
Напряжение сцепления с
KepHDM Ntla/см 0,05
0 10 0,22
Средняя скорость коррозии, мм/год
Состав
Напряжение
30 сцепления металлом, MIIa/см 2
0,00138
0,08 0 15 0,37
0,0002
0,00001
50
Из приведенных составов готовят цементные растворы и стандартные балочки 40.40 160 мм. В середину образцов закладывают стальные пластины марки С-75, которые взвешиваются с точностью до 5 знака и маркируются. После суточного твердения балок при 75 С они помещаются в кассеты, которые устанавливаются в промысловый газопровод с содержанием серовоцорода до 4,5%, давлением 7,5 МПа с выдержкой в течение
6 мес. После этого из балочек извлекаются металлические пластины, очищаются от цемента, промываются спиртом и взвешиваются. На каждый состав закладывается по 3 образца.
Потеря массы пластины от коррозии берется средней по 3 образцам на каждый состав.
В табл. 2 приведены сравнительные данные ингибирующих свойств различных тампонажных составов.
Наилучшие свойства по защите металла от коррозии имеет состав 3. ,Адгеэионные свойства цементного камня с керном из плотного известняка и металлом определяются следующим образом.
В металлический стакан со съемt ным дном устанавливают керн из плотного известняка строго по центру стакана и в кольцевое пространство между керном и стаканом заливают предлагаемый тампонажный раствор. и тампонажный раствор на основе
1 портландцемента. Далее стакан помещают в автоклав для выдерживания под давлением 20,0 МПа/см при
75 С в течение 1 сут. После выдержки образцы вынимаются и выдерживаются в ванне при комнатной температуре в течение 2 ч. Затем на прессе
УММ-5 выдавливают сначала керн, эа тем цементное кольцо. Тем самым определяется величина силы сцепления
I0 керна с цементным кольцом и-цемент- 1 ного кольца с металлом.
В табл. 3 приведены сравнительные данные о напряжениях сцепления предлагаемого и базового составов. !
Таблица 3
Как видно из табл. 3, адгеэия . к горной породе у предлагаемого состава выше, чем у базового в
4,4 раза, а адгезия к металлу — в
4,6 раза.
Технология приготовления тампонажного раствора заключается в следующем. В расчетное количество воды вводится потребное количество НТФ и СБ-1 и тщательно перемешивается буровьали насосами через рабочие емкости или с помощью цементировочного агрегата, а затворение цемента производится по общепринятой технологии.
В табл. 4 приведены результаты испытаний разработанного тампонажного раствора.
» 9 аx
Г3 Х
»d 9 С4 «!
CO
СО
»D!
СО
»D
C)
СО
«3»
lA
ОЪ
CO
C) СО
С:«
ГЧ ,-»
Ю
Г 3
ГГ\
«-»
Ю
ГЧ
«-»
ГЧ
ГЧ
Ю
СО
\»
Ю
Г 3
»ГЪ
«-»
Ю!
1! «
I ч
I
1.1
I
1 В х в
»33 K х и
«33
1-» и о х а оИ оа
Вл
»О
Г Ъ
» Ч
СО
»ГЪ
«3«
«»
ГЧ
СО
Ю
«» л
tA
«-!
Г Ъ
CO
«-»
«" »
1»О
1 «3
«-»
»-»
1 с3 с
1 »3
1 м м
« !
Ю
«3 С3»
« « О Г«Ъ
Г Ъ
CO
СО
« lO
С3»
1»0
»d 3»3 Х
Х X 4
Ю
I a
ГЪ
I
2 X н х »33 Я
333 1 хх и
«
Х lk х о х а ld
V d3
1 В о
С»
Ю
ГЧ
Ю
О1
«-!
»О
»А
I ГЧ
1 I
I ГЧ
С»Ъ
«3»
Ю
Г Ъ
»ГЪ lA
33 «3»
1 1
СГЪ Л
»3Ъ
Ю
Г
1.
ГЧ
Ю
Ю .
I м
»»Ъ
»D
1 :3
«-«
Ю с
ГЧ с
В «33 н Z
u9vu
990
33» 3С
«
СО
«!
»D
С:» (Ч
Ю Ю
«,«
lA»ГЪ
ГЧ ГЧ
«
ОЪ
«-!
Ю
« !
%" »
«
«!
»ГЪ
Ю
ГЧ
«
«-!
ГЧ
ГЧ
СО
«-» м
«
«-!
Ю
ГЧ
Г Ъ
СО
«.«
«3
1 Ю
3
1
»»Ъ
Г Ъ
Ю
«3« «3«
С3
СГЪ
1 «
1 Ю
«3»
Ю а»Ъ
1
I Г Ъ
I ГЪ с м м с
»35 ци ох
»О
° »3
«
CO (Ч
»О
»Ъ
«
СО
СЧ м м
Г Ъ м
Ю
ГЧ с
»ГЪ
ГЧ
ГЧ м
«
ГГЪ м
ГЧ м
«
Г«Ъ м lO
«-4
«
С» м
«:3«
lA
lA
ГЧ
Ч3 м
«
lA
ГЧ
«»
IO V ох
Ю
Г Ъ
»А м
CD л
CD
Ь» в
Ei o в
Г
Ю
Ю
«
Ю л
»D
Ю
«
CO
Ю
Ю
«
СО Л
Ю Ю
Ю Ю
« «
Ю Ю с» CO
ГЧ Ю
Ю Ю
« «
Ю Ю
° 3»
«3
Ю
«
Ю л
Ю
CD
«
Г"Ъ
ОЪ
«
Ю
Ю
Ю
« м
»О
1»О
\О
\О м
lA
«
Ch
\О
»O !
1
1 «»
I и m о в и н
»
01 1Х вх ах кн
Г»хнао«хои
0Х Х О X О Н О
ХВ9ХГЗХИХ
«»3
1 Н
0! ВИ
Г30 =1OС
Г»3 0 Х Е
4L" Хв
1 33 1
Н»d X о o o аи
3" .О ВО
aXadI
В 1
2хв
ХейXI= в x u ez с ххн
1»d ( в а 1
3»3
ZI axu
9»d O ldO е» 0 х
1 1 В 1 В оеоох
<Хххх овннв сс3ЫхОД
1 о
Х1 НЦ Н
3 мхах! хо юлоаввю
Е»ххиц253
1G46480
Ю Ю
CO СО
ОЪ 33«
« °
«»
« л
«Ч Г Ъ
« «
СЧ С«3! Г О
I O о 1 о а
Х 4 и е в х х 0 х о х о с
4 0
01
Z o
9»33 °
»d»»3 х
ld СЦ Z
3 В, Ц ах о
49m х 0
lQ Г»3 оаи ахв
m во
a,40
»С3 0 4 ох о
ХГСй
2 O ld хви н х х в в х ц
Енх
9 0
1 0 М о
Х В 3»3
Н »d
ИИ4 о о
3С 4 0
«Х 4 ох о и 3» и
9 4 ца о е х аа
Х4Х сов х а
ГЪ ХО
00 аале
О,0 Ц
0х0
3С Н lll и о
»33 а хо»4 в О
Х Х с»3
«3 2»d
Хх4 в м вао
33 Х 4
Х L P
1046480
Нитрилотриметилфосфоновая кислота
Олигомер СБ-1
II, 25
Тампонажный портландцемент
Питьевая вода
Нитрилотриметилфосфоновая кис- . лота
Олигомер СБ-1
73,0
25,5
0 0075
1,45
875
Составитель В. Никулин
Редактор А, Козориз Техред С.Мигунова Корректор В. Бутяга
Заказ 76 91/34 - Тираж б03 Подписнре
BHHHIIH Государственного коМитета СССР по делам:изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4
По результатам. испытаний приняты граничные значения компонентов раствора. Из приведенных в табл. 4 данных видно, что введение СБ-1 в количестве 0,35-2,17 мас.ч. в тампонажный раствор при относительно равном соотношении остальных компонентов является наиболее оптимальным вариантов соотношения компонентов и обеспечивает достижение цели, изобретения. В этом случае при удовлетворительной растекаемости происходит значительный прирост прочности на изгиб и сжатие, достигается нулевая газопроницаемость, а также высокий коэффициент коррозионной стойкости. Введение СБ-1 в количестве меньшем 0,35 мас.ч. приводит к недостаточному снижению водоцементного отношения, что от- рицательно сказывается на коэффициенте коррозионной стойкости, прочности цементного камня, а также .на сокращении сроков схватывания цементного камня. Введение же СБ-1 в количестве больше 2,17 мас. ч. приводит к излишне длительным срокам схватывания тампонажного раствора, к снижению прочности цементного камня и его коррозионной стойкости.
Положительным свойством данного тампонажного раствора является отсутствие вовлечения в смесь воздуха при затворении, о чем свидетельствуют плотность и непроницаемость цементного камня, а также плотность тампонажного раствора, близкая к расчетной.
Пример. Для испытания взяты исходные компоненты в количестве, г:
Тампонажный портландцеме нт 2500
Питьевая вода что соответствует составу компонентов, мас. ч.:
В воду вводят совместно НТФ и
СБ-1 и тщательно перемешивают на лабораторной мешалке в течение 10 мин. После этого готовят цементное тесто. Физические и механические свойства данного цементного раствора определяют по ГОСТ 1581-78.. цементные камни получают путем разлива раствора по формам с последующим выдерживанием их в .термостате в водной среде при 75+3 С.
30 Прочность цементных образцов на изгиб ° определяется на испытательной машине МИИ-100, прочность на сжатие — на испытательной машине
УММ-5, гаэопроницаемость на уста35 новке, изготовленной по методике
Данюшевского В.С. Таким же образом определяются физические и механические свойства по другим вариантам составов.
40 Испытание предлагаемого тампонажного раствора способствует повы шению надежности крепления нефтяных и газовых скважин, .в продукции которых содержатся кислые газы, в частности сероводород.
