Тампонажный раствор для цементирования нефтяных и газовых скважин

 

Изобретение относится к бурению скважин . Цель - снижение водоцементного отношения при сохранении подвижности тампонажного раствора и одновременном повышении прочностных и адгезионных свойств цементного камня. Темпонажный раствор содержит тампонажный цемент. нитрилотриметилфосфоновую кислоту, воду и добавку, в качестве которой используют алкилбензилдиметиламмонийхлорид при следующем соотношении компонентов, мае.%:тампонажный цемент 71,3954 72.9767; нитрилотриметилфосфоновая кислота 0.0182-0.0255; алкилбензилдиметиламмонийхлорид 0,0037-0,0255, вода остальное . Водоцементное отношение тампонажного раствора при сохранении необходимых сроков твердения и прокачиваемости снижается в 1,3 раза, а прочность цементного камня при изгибе повышается в 1,2 раз, адгезия к металлу - в 1,7 раза. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Е 21 В 33/138

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

6 . (-;46м .ДА ю . ° t 4 kllll 1 /.э. .Е 1 .5 >: i ."..

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4690116/03 (22) 04.04;89 (46) 07.05.91. 6юл. М 17 (71) Волго-Уральский научно-исследовательский и проектный институт по добыче и переработке сероводородсодержащих газов (72) П.Ф.Цыцымушкин, C.Р.Хайруллин, А.П.Тарнавский, 3.Н.Кудряшова, В.H.Ëåâøèí, 6.В.Михайлов и Г.К.Кузьмин (53) 622.245.42 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 825861, кл. Е 21 В 33/138, 1981, Абрамзон и др. Справочник. Поверхностно-активные вещества. Л,:Химия, 1979, с.292293.

Авторское свидетельство СССР

М 1033710. кл. f 21 В 33/138, 1983. (54) ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН

Изобретение относится к бурению скважин.

Цель изобретения — снижение водоцементного отношения при сохранении подвижности тампонажного раствора и одновременном повышении прочностных и адгезионных свойств цементного камня.

Тэмпонажный раствор для цементирования нефтяных и газовых скважин, включающий тампонажный цемент (ПЦТ), нитрилотриметилфосфоновую кислоту (НТФ), воду и добавку, в качестве последней содержит алкилбензилдиметиламмонийхлорид при следующем соотношении компонентов, мас. $:

„„59„„1647121 А1 (57) Изобретение относится к бурению скважин. Цель — снижение водоцементного отношения при сохранении подвижности тампонажного раствора и одновременном повышении прочностных и адгезионных свойств цементного камня. Темпонажный раствор содержит тампонажный цемент, нитрилотриметилфосфоновую кислоту, воду и добавку, в качестве которой используют алкилбензилдиметиламмонийхлорид при следующем соотношении компонентов. . мас. $:Tàìïîíàæíûé цемент 71,395472,9767; нитрилотриметилфосфоновая кислота 0,0182-0.0255; алкилбензилдиметиламмонийхлорид 0,0037-0,0255, вода остальноеое. Водо цементное от н ошение тампонажного раствора при сохранении необходимых сроков твердения и прокачиваемости снижается в 1,3 раза, а прочность цементного камня при изгибе повышается в 1,2 раз, адгезия к металлу — в 1,7 раза.

Тампонажный цемент 71,3954 — 72,9767

Нитрилотриметилфосфоновая кислота 0,0182 — 0,0255

Алкилбензилдиметиламмонийхлорид 0,0037 — 0.0255, Вода Остальное

Применяемый в составе алкилбенэилдиметиламмонийхлорид с радикалом

И=С о-С в (катамин АБ) относится к классу четвертичных солей и представляет собой прозрачную жидкость от бесцветной до желтой, хорошо растворимую в воде.

1647121

Как показывают исследования, при совместном применении катамина АБ и НТФ водоцементное отношение тампонажного раствора при сохранении технологически необходимых сроков твердения и прокачиваемости снижается в 1,3 раза (с 0.5 до 0,37) в сравнении с известным. При этом предел прочности на изгиб цементного камня повышается в 1,2 раза (с 6,05 до 7,2 МПа), адгезия к металлу повышается.в 1,7 раза (с

1,75 до 2,98 МПа).

Тампонажный раствор приготавливается простым механическим смешиванием компонентов.

Для исследования готовят тампонажные растворы с различным содержанием компонентов, определяют их граничные и средние значения.

Пример. Требуется приготовить тампона>кный раствор при следующем соотношении компонентов, мас. Д;(таблица, опыт

10):

ПЦТ 72,9687.

НТФ 0,0255

Катамин АБ 0,0074

Вода 26,9984

Требуемое количество компонентов определяют по формуле

m=V y3, где гп — масса компонента в 1 л тампонажного раствора, г;

V — объем тампонажного раствора, л; у — плотность тампонажного раствора, r/ñM; . а — содержание компонента, 7;

2 9687 100 — 1430

Ю1

100 — 1430 г тампонажного раствора;

1,96 0,0255.100 0 499 НТФ

1,96 . 0,0074 100 0 1, язв

100 — 0,145 г катамина АБ;

1,96.26,9984 100

m4

100 — 529 мл воды.

Для приготовления 1 л тампонажного раствора в отдельную емкость наливают

529 мл воды, добавляют 0,499 г НТФ и

0,145 г катамина АБ и перемешивают в течение 3 — 5 мин до полного растворения реагентов. В другую емкость, например в сферическую чашу, помещают 1430 r цемента, в один прием вливают водный раствор реагентов и перемешивают в течение 3 мин.

Физические и механические свойства тампонажных растворов определяются по

ГОСТ 1581-85 и ГОСТ 26798.0 — 85 — ГОСТ

26798.2-85.

Адгезионные свойства цементного камня по отношению к металлу определяют следующим образом.

В металлический стакан со съемным дном концентрично устанавливают металлический стакан меньшего диаметра и в кольцевое пространство заливают испытуемый раствор. Затем стакан помещают в термостат и выдерживают при 75 С в течение суток, После этого его помещают в ванну с водой на 2 ч комнатной температуры.

Съемное дно удаляют на прессе УММ-5 и выдавливают внутренний стакан, По величине усилия отрыва внутрен него стакана определяют напряжение сцепления цементного камня с металлом.

Для приготовления тампонажных растворов (предлагаемого и известного) используют тампонажный портландцемент ПЦТ

Д20 — 100, нитрилотриметилфосфоновую кислоту по ТУ 6203 — 20 — 72-86 и катамин АБ по

ТУ 6 — 01 — 816 — 75.

В таблице приведены результаты лабораторных исследований.

Из таблицы видно. что известный состав (опыты 1 — 5) имеет нормальную подвижность при водоцементном отношении 0,5, Снижение его значения до 0,37 (опыт 6) ухудшает растекаемость до 16 см и делает тампонажный раствор не пригодным для цементирования обсадных колонн.

Содержание только НТФ (опыт 21) при удовлетворительных сроках схватывания не дает заметного улучшения прочностных и адгезионных свойств цементного камня, хотя пластификация раствора имеет место (водоцементное отношение 0,45 и потому предел прочности 4,3 МПа), а содержание только катамина АБ (опыт 22) сокращает сроки схватывания до 1 ч 50 мин — 2 ч, что делает тампонажный раствор технологически непригодным для цементирования обсадных колонн.

Совместное применение КТФ и катамина АБ в тампонажном растворе показано в опытах 7-14.

Оптимальное содержание катамина АБ определено в пределах 0,0037 — 0,0255 мас.7. Содержание катамина АБ выше или ниже этого предела в тампонажном растворе не дает повышения прочности и напряжения сцепления цементного камня с металлом в сравнении с прототипом (опыты

15 и 16).

При содержании НТФ, равном 0 0147 мас, 7, (опыт 17), тампонажный раствор имеет малые сроки схватывания (2 ч 30 мин — 3 ч 20 мин), а при содержании 0,0281 мас. / (опыт 18) прочность цементного камня не выше прочности цементного камня по про1647121 тотипу, поэтому оптимальное содержание

НТФ определено в пределах 0,0182—

0,0255 мас.$.

Содержание тампонажного цемента в пределах 71,3954-72,9767 мас. является оптимальным, так как при содержании цемента менее 71,3954 мас.g (опыт 19) в растворе цементный камень имеет недостаточные прочность и адгезию, более

72 9767 мас.$ (опыт 20) тампонажный раствор ухудшает свою подвижность (растекаемость 17 см).

Таким образом, тампонажный раствор обладает более высокими прочностными и адгезионными свойствами цементного камня по сравнению с аналогичными свойствами известного раствора при сохранении необходимых технологических параметров и сроков схватывания.

Применение предлагаемого тампонажного раствора для цементирования обсад ных колонн в условиях умеренных температур позволяет повысить качество и долговечность крепления скважин.

Формула изобретения

Тампонажный цемент 71,3954-72,9767

Нитрилотриметилфосфоновая

20 кислота 0.0182 — 0,0255

Алкилбензилдиметиламмонийхлорид

Вода

0,0037-0.0255

Остальное

Тампонажный раствор для цементирования нефтяных и газовых скважин, 5 включающий тампонажный цемент, нитрилотриметилфосфоновую кислоту. воду и добавку,отличающийся тем, что, с целью снижения водоцементного отношения при сохранении подвижности рас10 твора и одновременном повышении прочностных и адгезионных свойств цементного камня, он в качестве добавки содержит алкилбензилдиметиламмонийхлорид при следующем соотношении компонентов.

15 мас..,ь :

1647121! 1

С Ф

Ф

Хх

С5 о

ЪС 3С

z Ф

Ф *0

c S

О аФ 30

z 30 30 а, с0

Ф 0 3 is

Cд=vS о с » N а о, N

О» О О» О»

С9 Ct CD Г С » LA

S х

333

6»

Iz

C0 E х

Р

»с

0 о

0 с

0»

Ct3

o o o 1n o o с»ос»оо

1 I I l I I

Nсч IncDлс » р С ) 0vv

Я 0-. сч сч сч сч сч O со со ao co со о

° » Ф t ° СЧ е е- -Счч

СС» О

»С

Ф .0 р 0 са 0

С3. Z

СЧ СЧ О О В С0

NNNСЧ -Ф

0 Ð сх

0 Ф

3 Ф

0 S

X.

Ф. 3(0 с!э

S

X L3»

C0

»iC! и

0

l«

X

E

»с

Ф

Z

М а

Ф

СГ

0 о

1 1 1 I 1 l сч с.» о о а а оо ааа

С» С» С» О С» О оооооо

0 ах

0 С

»л st oooe

o o tn o cD

ООО N оооооо о о оооо

Iz

t-с.»oоа t

В D» cD О cf сс» (С» О» CD LA Ct I

CD <О CD СС» CD Ф

СС» (С» CD CD М:> N

CD CD CD CD CD Л

Ф

S х

Ф

Ф

S

0.

С:

12 с с» съ а LA сч О LA а ln со со О Сс» сч О N О О tn сч LA tA О c3 LAt ФlAл cDcDсосос »ФасоcDлллcDf <с»w

° »ч»r»а»а i» NСЧСЧNСЧNСЧN

СЧСОСОСЧДООСЧл,офсч, „ОО

cD-, ю л л cD t CD CD tn ln а tn W а 3

О о а о ао сч О о о о а о а о о о о оооо

N LA LA c N c3 т с.» о о а о съ с» сч а а сч а о

11113 11 111 111111111 с» ф а л л е а 33» а t л f t 3с» CD t- с» в I 33» cD сч о о а а ао о а а а о а о о о о

tnN а Фc сгсбаас ъсча оа

1 I 1 l 1 l 1 I l I 1 I 1 1 1 I

CI LA СГ LA LA LA Cc» tA LA CD N СО CD Ct CD "

С» СО (О CD 0O СО С» СО CD <О 33» CD Ф Сч О O

В В Ф В В В В О» В В В В СО О В В, ао -о осчоов -oNtoo

tA

В N В СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ N .— В СЧ СЧ - СЧ СЧ

Щ

С0 I»

30ОООООГ- С»ОГ-Г-Г-ОГ-Оt t t-Г-I — cDаа, tnаааас» 0 гс»Мс» С» Ес»с»със»с»mс»W т о ос оо оо, о о о о оооо оо о о ос о о с»

sS й

Б

Ф

* ф О О О О Г а Л С Ъ Е W CD - Г ф Э Е СО В ф

< В О О О О СЧ СЧ СО ф Î W СО В ф С Ъ ф rr СО СО ф В СЧ О С.» С.» С.» О 0 а t В В Î D» о В Î D» в в cD LA сч сч

3 с» С3 съ с» с» о с» а в Ф в о в а в о в в в î w o o » С Ъ С,3 С » С Ъ С » Л Ф CC» CD CD CD t CD 0C» CD t CD CD CD C»» CD с »с ъс ъс »с ъNа NN сч сч NN счсчN сч NN счN с ъс ъ

f аt eлlnлeD» счсчetn с »аФt с ъln гt счФф0оt с »

ОС3 ° ООСЧ ООN - -ОСЧ ооооооос»оооооо о оооооооооооооо о

СЧLAСЧLAСОCOСОСОСОСОI -COCX»W

00 LA СО tn e» @» » t» C3 О» t» О

° Счт»NNСЧСЧNNN СЧNNN

О О О О ОО О О О О О О О О О о о о о о о о о о о о о о о о

w t л f — сг 0 lA а I" О» в сч cD

LAcDc0со M0о tn -<с»асо00 -tn -с ъ

В t- cD cD Г- а Ф t cD а cD а О В а а

С Ъ О» О» О» В В С » О» В О» C») О» Ф CI В О» - СЧ СЧ СЧ (Ч СЧ - СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ О С » CD СО

f t f Лf t t f t tt»Лt»cDLD ь N с» е а cD t» co в о сч

СЧ С Ъ « Г а4С» Л 00 О»,,, с, С,,3 сч

Ф 3Р с

30. 0

0» с О

z а- Ф о Е

5 сО

Х 0 сс

Ф - 0 с 0х а с0 с » Ф 5 ñà 0

v i

О Ct» 0

0 30»С

tA >.у

»с х

0О

К 0 о,.

С- 0

Ф Ф

О 0

К N

-ОХ

< о о= с сч

a g<

z XI»

Ф «-у

0 X,(ЗС

Фах

C t= C0 v

V l з с

ФО» 0

Бсъ х

X 1! а СЧ

»-30 С

Ф„c а2 10cv

3С» 0 0 сС» Ф