Тампонажный раствор для цементирования нефтяных и газовых скважин

(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.;:тампонажный цемент 71,3954- 72,9767; 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, адгеватель- еипегазов уллин, евшин,рхно- ,292 Я ЦЕАЗО-я к металлу - в 1,7 раза. к бурению ние водоцеранении по- раствора и очностных и го камня,54-72,9 Нитрилотриметилфосфоноваякислота 0 Алкилбензилдиме- тиламмонийхлорид 0 ВодаПрименяемый в состав диметиламмонийхлорид Й=С 1 о-С 16 (катамин АБ) отн четвертичных солей и пред прозрачную жидкость от желтой, хорошо раствориму 82 - 0,0255,0037-0.0255,Остальное е алкилбензилс радикалом осится к классу ставляет собой бесцветной до ю в воде,ааааа ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Волго-Уральский научно-исследоский и проектный институт по добычреработке сероводородсодержащих(56) Авторское свидетельство СССРМ 825861, кл. Е 21 В 33/138, 1981,Абрамзон и др. Справочник. Повстно-активные вещества, Л,:Химия, 1979293,Авторское свидетельство СССРМ 1033710. кл. Е 21 В 33/138, 1983.) ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОРЕНТИРОВАНИЯ НЕФТЯНЫХХ СКВАЖИН Изобретение относитсяскважин,Цель изобретения - снижментного отношения при сохдвижности тампонажногоодновременном повышении иадгезионных свойств цементн Тэмпонажный раствор для цементирования нефтяных и газовых скважин, включающий тампонажный цемент (ПЦТ), нитрилотриметилфосфоновую кислоту(НТФ, воду и добавку, в качестве последней содержит адкилбензилдиметиламмонийхлорид при следующем соотношении компонентов, мас,: Тампонажныйцемент 7Как показывают исследования, при совместном применении катамина АБ и НТФводоцементное отношение тампонажногораствора при сохранении технологическинеобходимых сроков твердения и прокачиваемости снижается в 1,3 раза (с 0,5 до 0,37)в сравнении с известным, При этом пределпрочности на изгиб цементного камня повышается в 1,2 раза (с 6,05 до 7,2 МПа),адгезия к металлу повышается.в 1,7 раза (с1,75 до 2,98 МПа).Тампонажный раствор приготавливается простым механическим смешиванием компонентов.Для исследования готовят тампонажныерастворы с различным содержанием компонентов, определяют их граничные и средниезначения.П р и м е р. Требуется приготовить тампонакный раствор при следующем соотношении компонентов, мас, ;(таблица, опыт10):ПЦТ 72,9687.НТФ 0,0255Катамин АБ 0,0074Вода 26,9984Требуемое количество компонентов определяют по формулеа=Ч уз,где гп - масса компонента в 1 л тампонажного раствора, г;Ч - объем тампонажного раствора, л;у- плотность тампонажного раствора,г/см;а - содержание компонента, %1,9672,9687 100 1430Ю 1100- 1430 г тампонажного раствора;1,960,0255 100 0 499 НТФ1,96 0,0074 100вз100- 0,145 г катамина АБ;1,96 26,9984 100П)4100- 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 г 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 26798,2-85.10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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 УММи 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 Д 20 - 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 0,0037-0,8255 мас 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,% (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 про 1647121тотипу, поэтому оптимальное содержание НТФ определено в пределах 0,0182 - 0,0255 мас, ф.Содержание тампонажного цемента в пределах 71,3954-72,9767 мас.является оптимальным, так как при содержании цемента менее 71,3954 мас. % (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 обсадных колонн в условиях умеренных температур позволяет повысить качество и долговечность крепления скважин.Формула и зоб рете ни я Тампонажный цемент 71,3954-72,9767Нитрилотриметилфосфоновая20 кислота 0.0182 - 0,0255Алкилбензилдимети- ламмонийхлоридВода 0,0037-0.0255 Остальное25 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 рас твора и одновременном повышениипрочностных и адгезионных свойств цементного камня, он в качестве добавки содержит алкилбензилдиметиламмонийхлорид при следующем соотношении компонентов.15 мас,:1647121ФеХ еОсс-,Х ФФО с, " 3х Ое аа,. ф) ФОЙЕР С:,С О Х о с сч а о,сч О - О - ОО М Ф О Г М и З е 63 1 е з а Е ХТ Б о о с е е Х Оооаоо - с о с о о 11счсчафГ м р С)ОООЯ о-. сч сч сч сч сч о фффффо щСЧе О2Ф .ОО Ое Оа. и СЧ СЧ О О О ф Сч Сч СЧ СЧ г- ФоОс ХО ФШ 3 ФО БХ Хо Х Б Х иъ еМ О Х С Е о Ф Б Х М Ф сГ о о 1 1сч м о о и а оо -ааа с с с о с с оооооо оахо смооое оосаоф ооо -сч оооооо оооооо г-мооа О О ф О Г ф ф О) ф а г л ф ф ф ф ф О ф ф ф ф ф сч (О ф ф ф ф Л Ф З е Ф Х Б а С:2сс ма асчо а а асОСОосОсчо счоовсча вогалфа 1 ффффмОаффГ Г лфлфлсч сч сч сч сч сч сч сч СЧ Со ф СЧ О фО О СЧ, О О ффГ лфг-ффиЦЪииГиЪ 1ооаоао счроооаоаоьоооооо счаагсч е"тсооаомссчаасчао мсалле вфвллллффлмОлффсч ооаааооаааоаоооо асч агегмаамсчаоа 1111Г и Г и ииъ(ба афсчс 0 фг ОМ СО ф ф СО ф М С 0 ф О ф ф О СЧ О ОС О О О) С О С) О С) О) О О) С 0 С С) О ) ао .о осчооОосчлооаОсчОСчсчсчсчсчсч -Осчсч -счсч е й 1 ЕОООООГ- ООГ-Г-Г-ОГ-О1-Г-Гфаа2Фф О О О О. Г Е Л М Г Е Г ф -ф ф Е ф О фС О О О О е- СЧ СЧ Со ф ОС 0 О ф М ф Г СО СО ф ОФ сч о м м м о " ф 1- О О) о с) О О с О О О) ф а сч сч3 с м сосо м оа О с О о с а О о О О э о е о оМММММ Ф ффффф фффг фффОф-Б м м с с м сч а сч сч сч сч сч сч сч сч сч сч сч сч сч сч с с л а л г л а л г Осч сч г а с а Г Г- м а Г г- сч О ф со Г- м о сч - О О сч о Осч - - О счооооооосооооооо оооооооооооооо о сч асч ас 000 сОсОфсО Г а- с 0001 СО а СО а - - - - - - Г О - - ЮСЧ т Сч Сч Сч Сч СЧ Сч СчСЧ СЧ СЧ СЧ ооооооооооооооо ооооооооооооооо 1 Г - га а г е- О) О) сч ф а ф СО с 0 Г с 0 й- О а сО с 0 - в - м сф ф г- а О г- ф а ф а о О а иъ М О О О О О М О О О О) О О Г О О - сч сч сч сч сч - Сч сч сч сч сч о м ф ф 1.1 ЛГ Г -11 ЛЛГ Г Г фф ьсч м е а ф л ф О осч Сч СЪ Г а 4 О Л СО О) ,СЧСЧ Счес о ф е . о е 3 вО ХФ с ЕФ з е ХОЦ ФО С ОХ Ф Ф О Е еХе фе оО Ое О. о е х иъ ,у ао к оо,. с-О ФФ О О к сч ь-о - со о а с З е Ф У О й , ЗС Фах ссе О О 1 з-. с ФО О лм х Х 2сч . е с е " е аЗ 1- ОСО фо ощ Ф е