Комплексный реагент для тампонажных систем

 

Изобретение относится к креплению нефтяных и газовых скважин. Комплексный реагент для тампонажных систем содержит мас. %: пентаоксихлорид алюминия 99,5-99,8, суперпластификатор на основе меламина, формальдегида, сульфореагента 0,2-0,5. Технический результат - повышение качества крепления скважин, увеличение межремонтного периода их эксплуатации. 2 табл.

Изобретение относится к креплению нефтяных и газовых скважин и может быть использовано при приготовлении тампонажных систем с высокими адгезионными и изолирующими свойствами.

Известен комплексный реагент для монтажных растворов. Он содержит три составляющие: органическую основу - УЩР; лигносульфонаты - ССБ, СДБ, КССБ; кремнийорганические соединения - ГКЖ, петросил, этилсиликат (А.С. N 1719618, E 21 B 33/138, 22.11.89). Однако тампонажный состав, содержащий этот реагент имеет низкие адгезионные и изолирующие свойства и в первую очередь при температурах 75 - 100^oC.

Известна композиция, включающая нитрилотриметилфосфоновую кислоту (НТФ), асбест и воду (А.С. N 939729 E 21 33/138, 10.10.80). Наполнитель - асбест используется для повышения адгезионных свойств, но изолирующая способность этой композиции низка. Кроме того, эта многокомпонентная система нетехнологична, экологически опасна.

Известен реагент, улучшающий адгезию тампонажной системы (А.С. N 1579984 приор. 22.12.86 E 21 33/138, прототип), представляющий собой суперпластификатор (меламин, формальдегид, сульфореагент) и кремнийорганическое соединение - фенилэтоксилоксан. Изолирующая способность растворов с этим реагентом низкая. Кроме того, при максимальном содержании суперпластификатора резко снижается плотность раствора. Тампонажный раствор нормальной плотности - 1,80 получить невозможно.

Задачей изобретения является разработка реагента, повышающего адгезионные и изолирующие свойства тампонажных систем различных плотностей и различного минералогического состава.

Сущность изобретения заключается в том, что комплексный реагент для тампонажных систем, содержащий суперпластификатор на основе меламина, формальдегида, сульфореагента и второй компонент, отличается тем, что в качестве последнего он содержит пентаоксихлорид алюминия при следующих соотношениях компонентов, мас.%: Пентаоксихлорид алюминия - 99,5 - 99,8 Суперпластификатор на основе меламина, формальдегида, сульфореагента - 0,2 - 0,5 Реагент представляет собой мелкодисперсный порошок кремоватого цвета. Хорошо растворим в воде.

Пластификатор C₃; H₁ и др. модификации выпускаются Новомосковским АООТ "Оргсинтез". Наработка пентаоксихлорида производится на Скоропусковском опытном заводе как термоизоляционный материал. Известны и тампонажные составы с применением оксихлорида алюминия как ускорителя сроков схватывания и понизителя водоотдачи. (Пат. N 2068490, E 21 33/138 Пр. 20.06.90, А.С. N 1328482 E 21 33/138, 24.12.85).

В результате синергетического эффекта при взаимодействии составляющих компонентов реагента образуется соединение, способное регулировать новые свойства тампонажных систем, такие как адгезия и изолирующая способность. О том, что образуется новое соединение свидетельствует изменение вязкости 10%-го раствора вновь полученного реагента. Этот реагент образует соединения, повышающие клеящую способность пленки новообразований, гидратирующихся вяжущих и способных изменять поровое пространство системы. Полученная полимерминеральная композиция имеет в своем составе свободные оксиды, вызывающие расширение тампонажной системы при твердении. Эти оксиды высвобождаются при быстрой кристаллизации алюминиевых фаз. За счет этих процессов обеспечивается напряженный контакт между цементным камнем и обсадной колонной, цементом и породами стенок скважин, даже при снижении давления в колонне на величину, обусловленную требованиями технологических процессов.

Расширение твердеющей системы в гелеобразной среде приводит к заполнению зазора, образующегося между цементным камнем и трубой, а сохраняемое контактное напряжение обеспечивает изолирующую и адгезионную способность системы. Высокая стабильность контакта обеспечивается и за счет клеящей пленки реагента, образующейся на гидратных новообразованиях и кольматирующей поровое пространство.

Комплексный реагент легко дозируется, технологичен, является экологически чистым. Вязкость 10%-го раствора резко увеличивается.

Реагент готовят следующим образом: определенное количество пентаоксихлорида алюминия помещают в химический реактор-смеситель. С помощью дозатора при постоянном перемешивании вводят расчетное количество суперпластификатора (C₃ или H₁) 50% влажности. Процесс взаимодействия при перемешивании заканчивается через 15 мин. Сушат реагент при температуре не выше 30 - 40^oC до сыпучего состояния и затаривают в мешки.

Необходимое количество комплексного реагента в зависимости от гидрогеологических условий скважины вводят в жидкость затворения тампонажной системы. Готовят тампонажный раствор и используют согласно существующим ОСТам и ГОСТам.

В качестве показателя изолирующих способностей тампонажных растворов предложен общепринятый в теории фильтрации показатель - начальный градиент фильтрации, т. е. тот наименьший градиент давления (НГД), при котором в поровом пространстве тампонажного раствора (камня) начинается фильтрация свободной жидкости затворения.

При испытаниях адгезии за основу испытаний взяты два метода: метод отрыва пластинки от образца цементного камня и метод выдавливания цементного образца из стальной обоймы (сдвиг-отрыв).

Пример 1 (табл. 1). Берут 99,5 г пентаоксихлорида алюминия и при интенсивном перемешивании вводят 1,7 мл 30%-го водного раствора суперпластификатора C-3 (0,5 г в пересчете на другое вещество). Перемешивают в течение 15 мин. Затем реагент сушат при 30 - 40^oC до сыпучего состояния. Затем берут 1,5% реагента (пример 2, табл. 2) и затворяют 985 г цемента. Заливают в формы для различных испытаний. На адгезию испытания проводят в формах с конусностью 2,5^o и выдерживают в течение 12 часов. Затем с помощью плавной нагрузки выдавливают их из формы. Практически происходит "отрыв" цементного образца от внутренней поверхности формы. Адгезия к металлу - 3,09 МПа. Изолирующая способность - НГД - 2685 Па/м.

Запредельное соотношение реагентов суперпластификатора вызывает утяжеление раствора, увеличение водоотстоя системы, а запредельная концентрация пентаоксихлорида алюминия - ускорение схватывания и загущение раствора. Именно в данных соотношениях происходит эквивалентное взаимодействие определенных функциональных групп.

В качестве компонентов в табл. 1 взяты: компонент N 1 - пентаоксихлорид алюминия; компонент N 2 - суперпластификатор C₃; в порядковом N 4 - суперпластификатор H₁.

При введении комплексного реагента повышаются адгезионная и изолирующая способности тампонажного раствора при добавках 0,5 - 1,5% реагента. Применение экологически чистого реагента позволяет повысить качество крепления скважин, увеличивает межремонтный период их эксплуатации и обеспечивает охрану окружающей среды.

Формула изобретения

Комплексный реагент для тампонажных систем, содержащий суперпластификатор на основе меламина, формальдегида, сульфореагента и второй компонент, отличающийся тем, что в качестве последнего он содержит пентаоксихлорид алюминия при следующих соотношениях компонентов, мас.%: Пентаоксихлорид алюминия - 99,5 - 99,8 Суперпластификатор на основе меламина, формальдегида, сульфореагента - 0,2 - 0,5

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2