Тампонажный раствор

 

ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР, включаюцдий тампонажный портландцемент, ни±рило-фиметилфосфоновую кислоту, добавку и воду ,, отличающийся тем, что, с целью предотвращения усадки цементного камня при сохранении высокой коррозионной стойкости цементного камня в кислрй среде и среде сероводородной агрессии и высоких технологических показателей раствора, он в качестве добавки содержит диэтанояамин или моноэтаноламин при следующем соотношении компонентов, мяс.%: Тампонажный портландцемент71 ,66-75,25 - Нитрилотриметилфосфоновая кислота0,02-0,03 Диэтнламин или монозтаноламин 0,09-0,58 Вода Остальное

„Я0„„1127968 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

К ABT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

0,02 — 0 03

0,09 — 0,58 I

Остальное

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (УГНРЫТИЙ (21) 3583097/22 — 03 (22) 04 03,83 (46) 07.12.84. Бюл. Р 45. (72) А. П. Тарнавский, В. С. Данюшевский, П. Ф. Цыцымушкин, В. А..Золотухин, Н.А.Рябинин и М. Г; Мухаметов (71) Волго-Уральский научно-исследовательский и проектный институт по добыче и перера ботке сероводородсодержащих газов (53) 622.245.42(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N 825861, кл. E 21 В 33/.138, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР Р 1046480, кл. Е 21 В 33/138, 1982. (54) (57) ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР, включающий тампонажный портландцемент, нитрилотриметилфосфоновую кислоту, добавку и воду,. отличающийся тем, что, с целью предотвращения усадки цементйого камня при сохранении высокой корроэионной стойкости цементного камня в кислрй среде и среде сероводородной агрессии и высоких технологических показателей раствора, он в качестве добавки содержит диэтаноламин или моноэтаноламин при следующем соотношении компонентов, мас.,4:

Тампонажный портландцемент 71 66-75 25

- Нитрилотриметилфосфоновая кислота

Дизтиламин или моноэтаноламин

Вода

Введейие в состав предлагаемого тампонажного раствора диэтаноламина или моноэтаноламина позволяет снизить водоцементное отношение и иигибировать цементный камень, Водные растворы моно- и диэтаноламины (МЭА, ДЭА) — органические основания, получаемые нри взаимодействии окиси этилена и аммиака и неограниченно растворимые в воде. Этаноламины выпускаются Салаватским НХК по

ТУ 6 — 02 — 916 — 74. Экспериментально установлено, что они обладают нластифицирующим действием иа цементные растворы. Нитрило триметилфосфоновая кислота является дисиергатором суспензия тампонажного раствора. Совместное их химико-физическое воздействие на тампонажный раствор обладает синергическим, т.. е. взаимоусиливающимся, эффектом, способствующим разжижению и значительному снижению водоцементного отношения тампонажного раствора; позволяя получать прочный и коррозионностойкий цементный камень присохранении удовлетворительной прокачиваемости.

Ингибирующее воздействие моно- и диэтаноламинов на цементный камень заключается в том, что при гидратации портландцемента в их присутствии происходит образование эттрингита ЗСаО . Аl О . ЗСа$0 31 Н О и уменьшение количества Са(ОН), способного к взаимодействию с Н S. Образование эттрингита способствует увеличению-в объеме це, ментного камня в ранние сроки твердения, в результате чего он получается напрягающимся и безусадочным, с пониженной газопроницаемостью и повышенной коррозионной стойкостью.

Тампонажный раствор приготавливается простым механическим смешиванием компонентов. Ириготовление и применение его не требует дополнительных капитальных затрат.

Пример 1. Взяты для испытания исходные компоненты в количестве, г: тампонажный портландцемент 2500; вода 994; нитрилотриметилфосфоновая кислота 0,75; моноэтаноламин 6,25; что соответствует следующему составу компонентов, мас.%: тампонажныи портландцемент 71,81; вода 27,98; .нитрилотриметилфосфоновая кислота 0,02, моноэтаноламин 0,19.

1 1127968

Изобретение относится к креплению нефтя-ных и газовых скважин, в частности к коррозионностойким тампонажным материалам, предназначенным для цементировании скважин, в продукции которых содержатся кислые компоненты — сероводород, углекислота и другие, и может быть использовано II нефтяной и газовой промышленности.

Известен тампонажиый раствор(1), содержащий портландцемент, нитрилотриметилфосфо- 10 новую кислоту и.воду при следуияцем соотношении комнонентов, мас.%:

Тампонажный портландцемент 66,65 — 66,67

Нитрилотриметилфосфоновая кислота 0 0005 — 0,03

Вода Остальное

Недостатками этого тампонажного раствора являются низкая коррозионная стойкость в кислых средах и в среде сероводородной агрессии, что сказывается на долговечности цементного камня на его основе, а также усадка при твердении цементного камня. мпонентов, 71,19-73,00

0,02 — 0,03

Наиболее близким цо технической сущйости 25 и достигаемому результату к изобретению является тампонажный раствор 12), включающий портландцемент, нитрилотриметилфосфоновую . кислоту, добавку (олигомер СБ — 1) и воду при следующем соотношении ко мас.%:

Портландцемеит

Нитрилотрнметилфосфоновая

- кислота 0,007 — 0,008

Олиго мер СБ — 1 0,35 — 2,17

Вода 28 46 — 25,36 35

Недостатком йзвестного тампонажного раствора является усадка цементного камня. на его основе.

Цель изобретения — предотвращение усадки цементного камня при сохранении высокой коррозионной стойкости цементного камня в кислой среде и в среде сероводородной агрессии и высоких технологических показате-. лей раствора..

Указанная цель достигается тем, что тамно- 45

88KHbIII РаствоР включающий TRL6foH3)IIHsIII портландцемепт, нитрилотриметилфосфоновую кислоту, добавку и воду, в качестве добавки содержит диэтаноламин или моноэтаиоламин при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Тампонажный портландцемент 71,66 — 75,25

Нитрилотриметилфосфоновая кислота 55

Диэтаноламии или моно зтаноламин 0,09-;-0,58

Вода Остальное

Пример -2. Взяты для испытания исходные компоненты в количестве, г: тампонажныи портландцемент 2500; вода 994; нитрилотримстилфосфоновая кислота 0,75; диэтаноламин 6,25, что соответствует следующему составу компонентов, мас.%: тампонажиый цортландцемент 71,81;. вода 27,98; нитрилотриметилфосфоновая кислота 0,02; диэтаноламин 0,19.

1127968

В воду совместно вводят НТФ и моноэтаноламин или диэтаноламин и тщательно перемешивают на.лабораторной мешалке в течение 10 мин. После moro готовят цементное тесто. Физические и механические свойства

5 данного цементного раствора определяются по

ГОСТ 1581-78.

Цементные камни получают путем разлива

° раствора по формам с последующим выдержи ваиием их в термостате.в водной среде при 10

75 3 С.

Прн введении этаноламинов в тампонажный раствор в процессе гидратации происходит ингибирование формирующего цементного камня, в результате чего он становится непроницаемым и коррозионностойким. Готовят цементные растворы и стандартные. балочки 40х40х160 мм.

В середину образцов закладываются стальные пластины марки С вЂ” 75, которые взвешены с точностью до 5 знака и промаркированы.

После суточного твердения балок при 75ОС

20 их помещают в кассеты, которые устанавливают в промысловый газопровод с содержанием сероводорода до 4,5%, давлением 7,5 МПа с выдержкой в течение 6 мес. После этого из балочек извлекают металлические пластины, 25 очищают от цемента, промывают спиртом и взвешивают. На каждый состав закладывается по три образца. Потерю массы пластины от . коррозии берут средней по трем образцам на каждый состав.

Адгезионные свойства цементного камня с керном из плотного известняка и металлом определяют следующим образом.

В металлический стакан со съемным дном З5 устанавливают керн из плотного известняка строго по центру стакана и в кольцевое пространство между керном и стаканом заливают предлагаемый и известный. тампонажные растворы. Затем стакан помещают в термо- 40 о стат и выдерживают при t = 75 С в течение суток. После этого его помещают дополнительно в ванну с водой на 2 ч нри комнатной температуре, Съемное дно удаляют.и на прессе УММ вЂ” 5 выдавливают сначала керн, 45 затем цементное кольцо. Таким образом определяют величину сцепления керна с цементным кольцом и цементного кольца с металлом.

Д

Прочность цементных образцов на изгиб определяется на испытательной машине МИИ вЂ, 100, прочность на сжатие — на испытательной .; машине УММ вЂ” 5, газопроницаемость — на установке, изготовленной по методике Данюшевского В. С. Таким же образом определяются физические и механические свойства по другим. вариантам составов, приведенньгх в табл. 1 и 2.

По результатам испытаний приняты граничные значения компонентов раствора. Из приведенных в табл. 1 и 2 данных видно, что введение этаноламина в количестве 0,09-0,58. мас% в тампонажный раствор при относительно равном соотношении остальных компонентов явля-ется наиболее оптимальным вариантом соотношения компонентов и обесйечивает высокие технологические показатели раствора. В этом случае при удовлетворительной растекаемости происходит значительный прирост прочности на изгиб и сжатие, достигается полная газонепроницаемость, а также высокий коэффициент коррозионной стойкости. Введение этаноламина в количестве, меньшем 0,09 мас.%, приводит к недостаточному снижению водоцементного отношения, что отрицательно сказывается на коэффициенте коррозионной стойкости и прочности цементного камня. Введение этаноламина в количестве, больше 0,58 мас.%, приводит к снижению прочности цементного камня и снижению его коррозионной стойкости.

При введении в состав тампонажнсго раствора моноэтаноламина или диэтаноламина антикоррозионные, прочностные и адгезионные свойства цементного камня сохраняются на достаточно высоком уровне (табл. 1 и 2).

Как следует иэ табл. l„образцы предлагаемого раствора увеличивают свой объем, в то время как образцы таьшонажного раствора на основе олигомера СБ-1 дают усадку. Увеличение размеров тампонажного раствора в пластовых условиях способствует наиболее полному перекрытию кольцевого пространства между эксплуатационной колонкой и стенками скважины.

Использование предлагаемого тампонажного раствора будет способствовать повышению надежности крепления нефтяных и газовых скважин, в продукции которых содержатся кислые газы, в частности сероводород..

112796&

СЧ

О

1 М

СЧ о !

С

О

С» о

+ (Ъ

00 .

Ch о

3 3 с о о С

00 о

СЧ

00 о

00 о

\/) о о о

С4

00 О

an (»

an

ln

4 ((Ъ

an о д

1 1

° 1 . (Ф Ъ ь

Щ

7 ю о

Я о

00 о

МЪ

СЧ о

an

00 м

МЪ

\ м о

0О

Ch

° «1

C) ° «3 о о о о о мч о

Ю (» о

R. ф л

С \ ь

С о 3 о

C) ю

СЧ

СЧ

СЧ

О

° Ф

СЧ а

8 (() и

О о

Ф

Ж

СЧ. СЧ о о о О

СЧ

О

О (Ч о о о ()

О (Ъ о о (Ч

ОЪ

° Ф

an

СЧ

an (»

8 л

СЧ

an

С» л « м (Ч

СЧ СЧ

00 а л

О а

СЧ м

4 а Ф

an

МЪ

СЧ

Ф

М аА ч3„ %

Д

° -1

Ф

М

СЧ, м «ф

Ch \ и о Оч, .(" < ((Ъ .. С()

Ц Ц

Ch 00

Ю о о

М Ъ м

+ + а.

В an

С 3 (Ч а

I 1

an а . а

С 3 СЧ

А 4

° м о о в ю ((и а (Ъ (Ъ о о

С» СЧ о о Ф

СЧ

° (() ((Ъ

Й Я

Ch «00 (л о о

1127968

Таблица 2

Состав, мас%

Тампонажный, портландцемент

НТФ Этанол амин Вода 0,007 — 28,46 . 0,4

: 0,18

7l,l9

0,02 0,09(МЭА) 28,23

0,31

0,19

71,66

0,4

74,92

0,35

0,40

24,67

75,25

24,02 0,35

0,02 0,09(ДЭА) 28,23 0,4

71 66

0,41

0,22 0,45

0,0002

0,02 0,39 (ДЭА) 24,67

0,29

0,03 0,58(ДЭА) 24,02

0,21

0,35.75,25

Составитель E. Тангалычев

Техред Л. Еоцйбняк Корректор M Дем пс

Редактор О. 30рковепкая

3, Заказ 9001/22

Тираж 564 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР . по делам .изобретейий и открытии

313035, Москва, Ж-35, Раушская наб.;.д.4/5

Филиал 33ПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

0,02 0,39(МЭА)

0,03 0,58(МЭА) Вододементное отноше0,35 0,35

Напряжение сцепления с керном

МПа

Напряже цепления металл

Средняя скорость коррозии, мм/год

0,00025

0,0008

0,0009

0,00035