Тампонажный раствор

(71) Волго-Уральский научно-исследовательский ипроектный институт по добыче и переработке сероводородсодержащих газов(73) Волго-Уральский научно-исследовательский ипроектный институт по добыче и переработке сероводородсодержащих газов(64) УАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам ПИСАНИЕ, . е количества НТФ и СГ, В полученном растворе затворяют ТПЦ. К, Характеристика тампочажного раств ра: повышается коррозионная стойкость. цементного камня в кислой и серазодородной среде за счет ингибирующего и синергетического действия компонентов раствора при одновременном улучшении физико-механичес ", свойств. 1 табл.;арроэианно-стойким тампонажным материалам, предназначенным для цементирования скважинв продукции которыхсодержатся агрессивные кислые компонен,.1 (сероводород, углекислота и др.),При таких сложных горно-геологиче",: 1 х условиях тампонажный раствор, созда.:в пло нае коррозионно-стойкое,.;.;гное кольцо:,вокруг обсадной колон 1 л;ец.,вместес тем обеспечивать надвжкуга защиту металлическойссставляашей крепи от агрессивных сред,ла предопределяет надежность и далговечке;ть скважин как капитального сооруже 1 п 1 я.Известен тампонажный раствор, содержащий тампакажный портландцемент, нитрилотриметилфасфанавую кислоту (НТФ),добавку(алигомер СБ) и воду,Недостатком данного раствора является у;:адачнасть формируемого цементкого,;я, чта кс обеспечивает защиты металла,.;",:нх труб ат воздействия агрессивных1 Г. 3Наиболее близким па технической сущнас 1 и и достигаемому результату к предлагаемому является тампокажкый раствор Явключающий тампакажный портландце=мент, нитрилатриметилфосфоновую кислоу, диэтаналамин или моноэтаноламин иаду при следующем соотношении компо, нентов, масТампанажный портландцемент 71,66 - 75,25Нитрилотриметилфосфоноваякислота (НТФ) 0,02 - 0,03Диэтаноламин илимоноэтаноламин 0,09-0,58Вода Остальное.Недостатком известного тампонажногораствора является недостаточная степеньзащиты металла обсадных труб от воздействия агрессивных сред.Целью изобретения является повышение корроэионной стойкости цементногокамня в кислой и сероводородной среде засчет ингибирующего и синергетическогодействия компонентов раствора при одновременном улучшении физико-механических свойств.Поставленная цель достигается темчтотампонажный раствор, включающий тампонажный портландцемент, НТФ,.добавку иводу, в качестве добавки содержит солянокисл ы й гидразин и ри сл едующем соотношении компонентов, мэс,Тампонажный портландцемент 72,2-73,38 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Нитрилотриметилфосфоновая кислота 0,02 - 0,04 Солянокислый гидразин 0,18-0,32 Вода , Остальное Новым в заявляемом тампанажном растворе является то, что он в качестве добавки содержит солякакислый гидразин и новое количественное соотношение компонентов.Солянокислый гидразин представляет собой кристаллический порошок белого цвета, растворимый в воде, имеет структурную формулу Н 2 И - МН 2 2 НС 1, выпускается ГОСТ 22159 - 76,Солянакислый гидразик является солью гидразина, широко применяемого в органическом сиктезе, производстве пластмасс, резины, инсектицидав и др,Авторами экспериментально установлено, что тампанажный раствор, содержащий солянокислый гидразин и НТФ в заявляемых пределах, повышает степень защиты металла труб от общей коррозии в 1,25 - 1,30 раэ; от ахрупчивания в 1,2-1,24 раза по сравнению с известным.Повышение ингибирующей способности предлагаемого тампонаккага раствора, по мнению авторов, достигается совместным действием саляноклслага гидразина и НТФ. При этом салякакислый гидразин, связывая свободный кислород в тампанажнам растворе, при ега твердении уменьшает количества образуемых сернакислых аклслав в камна и предохраняет поверхность металла ат коррозии, Икгибиравакие самого тампонажнага раствора и формируемого камня с саатветству 1 ащими высокими физика-механическими свойствами также обеспечивает действие НТФ и солянакислага гидразина.В результате этого формируется расширяющийся, газонепракицаемый высоко- прочный, корразианна-стойкий цементный камень с высокой адгезией к металлу.При этом обеспечивается более высокая степень защиты металла ат действия агрессивных сред,Таким образом, у заявляемого тампанажного раствора появляется новое свойство, основанное на эффекте совместного действия входящих в него компонентов и заключающееся в повышении ингибирующей способности при сохранении высоких физико-механических свойств раствора и формируемого камня, что позволяет делать вывод о наличии у заявляемого раствора существенных отличий,Тампонажный раствор приготавливается простым механическим смешением компонентов, Предварительна растворяют в воде расчетное количество НТФ и соляка2002037 85. 10 15 20 25 30 ли следующим образом 50 0,00001 г. 55 кислого гидразина и в полученном растворе производится затворение тампонажного цемента.Технология цементирования обсадных колонн с использованием заявляемого тампонажного раствора не отличается от общепринятой.При проведении лабораторных исследований были использованы тампонажные портландцементы марки ПЦТД 20 - 100, выпускаемые Новотроицким и. Кувасайским цементными заводами по ГОСТ 1581-85 и НТФ по ТУ 6-03 - 20 - 72-86.Для исследования были приготовлены тампонажные растворы с различным содержанием компонентов, определены их граничные и средние значения.В таблице представлены физико-механические свойства тампонажного раствора и цементного камня и данные по степени защиты металла обсадных колонн.П р и м е р, Для приготовления 1 л заявляемого тампонажного раствора при соотношении компонентов, мас.о: Тампонажный цемент 73,32 НТФ 0,03 Солянокислый гидразин 0,25 Вода 26,40 Необходимое количество компонентов определили по формулеа=Чу а;где а - масса компонента в 1 л тампойэж. ного раствора; Ч - объем тампонажного раствора; р- плотность тэмпонэжного раствора, г/см;а - -ное массовое содержание компонента.1000 1,9273,32 п -100 = 1407,77 г цемента10001,920,03Ф 2= 506,85 г воды Приготовление тампонажного раствора производили согласно ГОСТ 26798,0-85, При этом в 506,85 г водопроводной воды комнатной температуры добавили 0,58 г НТФ и 4,80 г сернокислого гидразина и тщательно размещали до полного растворения,В полученную жидкость за гворения добавили 1407,77 г цемента и тщательно размешали до получения однородного тампонажного раствора.Основные технологические параметры раствора (плотность, растекаемость и сроки схватывания) определяли по ГОСТ 22.798,1 -Пределы прочности цементного камня определяли по ГОСТ 26798.2 - 85.Коррозионную стойкость цеменоо камня определяли как отношение прочности при сжатии балочек-близнецов, хранившихся в течение 2 и 180 сут в нормальных условиях во влажной среде при температуре 22.ф.ЗяС и давлении 0,1 МПа и в агрессивной среде(в газопроводе), содержащей в общем объеме сероводорода 45;ь и углекислоты1,0 О при температуре 22.ф.З С и давлении3,5 МПа.Газопроницэемость и расширение цементного каленя определяли по методикам,описанным в рабе.Адгезию цементного кэмня к металлу определяли следующим образом, В металлический стакан со съемным дном концентрично установили металлический стакан меньшего диаметра и в кольцевое пространство залили предлагаемый и известный растворы. Затем стаканы помещали в термостэт и выдерживали при 75 С в течение суток. После этого удалили съемное дно и на прессе УММ - 5 выдавливали внутренний стакан, По величине отрыва внутреннего стакана определяли напряжение оцепления (адгеэию) цементного камня с металлом, Степень защиты металла обсадных труб от воздействия агрессивных сред оп ределяГотовили образцы известных и предла гаемых цементных камней в виде цилиндриков с диаметром 18 мм, длиной 110 мм спомещенными в них пластинами из сталимарки Сразмером 110 х 5 х 2 (мм). Формирование цементной оболочки производили 45 при 75 С в течение суток. Затем торцовые части цементных цилиндров покрывали эпоксидной смолой или краской для обеспечения равномерного продвижения фронта корроизии по всей поверхности цементной оболочки к испытуемым стальным пластинкэм. Предварительно масса каждой пластинки определялась с точностью до Приготовленные таким образом образцы (пластинка с цементной оболочкой) помещали в специальные кассеты и выдерживали в агрессивной среде в течение 180 сут в газопроводе, гОО 2 ОЗ 740 50 По истечении 180 сут испытания; иэвлакали из газопровода цементные образцы, извлекали иэ них металлические пластины, прочищали от цемента, промывали спиртом или ацетоном и взвешивали также с точностью до 0,00001 г.Степень защиты металла труб от воздействия агрессивных сред определяли по двум показателям:а) атиостельная степень защиты от об;.; коррозии по ГОСТ 17332 - 71м 2 - М 1 100 ОМ 1: д Ккпр - относительная степень защиты мегэллэ о общей коррозии, О/;Мпотери массы пластины, помещен.о цементную оболочку из ингибироваииых(известного и заявляемого 1 эьпонэжиых растворов);Мр - потеря массы пластины, помещенипл в цемеи Ьую оболочку из тампоцажиого раствора беэ инглбирующих добавок;б) о 1 носительная степень защиты от ох,игивалпа ГОСТ 13813 - 68оКо - "100%,п 1где .о 1 - огносительиая степень защиты ле 1 эллэ от охрупчивания, оь;и- количество перегибов до появления 11- :или -,эзрушеня пластины, эаклю" чеипой в цементную оболочку из ингибированиого (заявляемого и известного) тэмпонэжного раствора;п 2- количество перегибов до появления трещин или разрушения пластины, заклюценной в цементную оболочку иэ тампонажного раствора, не содержащего ингибирующие добавки.Результаты исследований, описанных в примере, представлены в опыте 7 таблицы,Результаты аналогичных испытаний известного, предлагаемого и контрольных тампонажных растворов представлены втаблицеИз таблицы видно, что известный раствор (опыты 1 - 4) при твердении формирует высокопрочный газоиепроиицаемцй, беэусадочный корроэионно-стойкий цементный камень. При этом адгезия цементного камня к металлу составляет 0,31 - 0,41 МПа, степень защиты последнего от агрессивных сред составляет(10 - 11% от охрупчивания и 29-30% от общей коррозии),Заявляемый тэмпоиажиый раствор (опытц 5 - 12) формирует цементный камень,5 10 15 20 25 ЗО 35 имеющий физико-математические свойст- .ва, не уступающие известному, а даже превосходящие по некоторым показателям.Заявляемый тампонажиый раствор вполнетехнологичеи, э цементный камень обеспечивает повышенную защиту металла (от общей коррозии - 37 - 39%, от охрупчиваиия -13 - 15%),Из таблицы видно, то содержание солянокислого гидразина оптимально в пределах 0,18 - 0,32 мэс,%, Содержаниесолянокислого гидразина более 0,32 мэс,%при средних значениях содержания другихкомпонентов не повышает степел защитьметалла труб (опыт:18) и при содержаниисоляиокислого гидразина менее 0,18 мас.%степень защиты уменьшается (опьт 17),Содержанис НТФ более 0,04 ",эс,% удлиняет сроки схвэтыванля раствора, что иедает возможность формируемому камню набирать высокую прочность, и как следствиене обеспечивается повышения степени защиты металла (опыт 16), а при содержаниименее 0,02",4 тампакажный раствор имеетмалые сроки схватывэ ил, что делает раствор иетехналогичньп 1(опыт 15),Оптимальное содержание ампоиэжиого портлэндцемеитэ находится в пределах72,2-73,38 мэс.Х, тэк кэк при содержанииболее 73,38 мас,% (опыт 13) тампоиэжиыйраствор иетехноогчец - имеет малую подвижность (16,5 см гго конусу АзНИИ), присодержании менее 72,2 мэс,% (опыт 14)прочность камня хуже, чем у изв стного раствора, и не обеспечивается улучшения степени защиты металла,Таким образом, заявляемый тампонэжный раствор и на его основе цементный камень обладают высокими физико-механическими свойствами и технологическими параметрами и обеспечиваот повышенную степень защиты металлической крепи скважиныы.Заявляемый тампонажиый раствор может быть использован для цементировэния обсадных колонн в условиях измеренных температур в скважинах со сложными горно-геологическими условиями и наличии агрессивных пластовых флюидов,(56) Авторское свидетельство СССР Ь 1046480, кл, Е 21 В ЗЗ/138, 1982,Авторское свидетельство СССР М 1127968, кл. Е 21 В ЗЗ/138, 1983.2002037 Г) Л И Ф Ф Сф) Сф) Ч " ф- Ч - О С сся тсс%есг ОЪ С) О О) СЧ РЭ С 3 М ООООгл )ссэ щ"о еч о -с- + + + + ес ч - с- с - с - т + -г +- СЧ -О о о сь сл сала - ю СО ОЗ ОЭ О , ООО Оз С) М С)ОО з-,. - с с. - с 4,Г ОООООО Др О 1.с -со СОЮ ГЭ сР ОООиОО С. О С Г Т3 Л Ей О СС.ОО юйс,с;1с: еюг О ГО О ОчФЛО1- лч.г О броссас я л см - - с; СЧ СЧ СМ СМ Р.,й Ж СС С 4 1.0 И ЛС 4 СЧ с- Г 3 СМ См С 4ОС-ЮСО ОО О Ол с ) с с) - Д : " ООООООО С зСРСООС" О ОО Ъ Со с 3 сэ сй 1К)СО е сч см сч г% Съ Ю - - СЭ 1 сч ы сс" К ф, Г,. с -счев глжг сэ ЮФ Ф Ф СМ." с о 11 с сф И 3 ам Ф 1- о Щ а О С: о о сч1йо0с о с С: 3 с, ссф сь Оъ Сф 3- Осч сч о Щ Х ф Щ 1- о о Э 5 Щ с Щ Ю о с о М сч о 2 о Й о е 1- х с" с о с: с: : 1 з 3 О О С 1 й сч с сч сч О 3" 3 . о - з 3" о 6 асаа 0 О К До 5 Х О 0 щ2002037 Ф ор мул а и зоб рете н и я Составитель П,ЦццымушкинТехред М, МоргнталКорректор А,ОЬручар Редактор С. Кулакова Заказ 3160 Тираж Подписное НПО Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Рауцская наб 4/5Производственно-издательский комбинат ".Оэтент, г. ужгород, ул. Гагарина, . 0: ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР. включающий тампонажный портландцемент, нитрилотриметилфосфоновую кислоту, добавку и воду, отличающийся тем, что ан содержит в качестве добавки солянокислый гидразин при следующем соо 1 нош 61 ля 1 еды Онентов, мас. ЯТампонажный портландцемент2,20 - Д,:.115 Нитрилотриметилфосфонозаякислота 002 д 84Солянокислый гидразинВода,