CS201438B1

CS201438B1 - Antifiltrační přísada do cementové tamponážní směsi pro hlubinné vrty

Info

Publication number: CS201438B1
Application number: CS61779A
Authority: CS
Inventors: Josef Tomiska; Lubomir Matal
Original assignee: Josef Tomiska; Lubomir Matal
Priority date: 1979-01-29
Filing date: 1979-01-29
Publication date: 1980-11-28

Abstract

Antifiltrační přísada do cementové tamponážní směsi, určené zvláště pro výplň prostoru mezi pažnicemi a stěnami hlubinného vrtu, ve kterém je zvýšená teplota. Účelem vynálezu je zvýšení antifiltračního účinku přísady i při teplotách nad 100 °C a omezení pěnivosti a zahušťování cementové tamponážní směsi. Antifiltrační přísada sestává z vodorozpustného derivátu celulózy o průměrném polymeračním stupni vyšším než 200, vznikej íčího působením alkylénoxidů na alkalicelulózu a z polykondenzátu formaldehydu s alkylpolyfenoly sulfonovariými v alkylovém řetězci. Hmotnostní poměr obou složek je v rozsahu 1 : 0,5 až 1 : 12. Výhodný je přídavek polykondenzátu formaldehydu s naftalensulfokyselinaml v hmotnostním poměru 1 : 0,1 až 1 : 1. Vynález je využitelný v oboru hlubinného vrtání na ropu a zemní plyn, v hornictví při utěsňování důlních děl a ve stavebnictví při izolaci základů staveb.

Description

Antifiltrační přísada do cementové tamponážní směsi pro hlubinné vrty

201 438

Předmětem vynálezu je antifiltrační přísada do cementové tamponážní směsi, určené zvláště pro výplň prostoru mezi pažnicemi a sténami hlubinného vrtu, ve kterém je zvýšená teplota.

Prostor mezi pažnicemi a stěnami hlubinného vrtu se obvykle vyplňuje tamponážní směsí na vodooementové bázi, a případnými přísadami minerálních plnidel. Tamponážní suspenze se začerpává pažnicemi na počvu vrtu, kde se její tok obrací směrem vzhůru a postupně vyplňuje zapažnicový mezikružní prostor. Proohází-li hlubinný vrt porézními geologickými vrstvami, kapalná fáze tamponážní směsi se odfiltrovává do porézních vrstev, směs zhoustne, etane se nečerpatelnou a tamponáž končí havárií.

Pro zábranu odfiltrování kapalné fáze se přidávají do cementové tamponážní směsi antifiltrační přísady, které mají schopnost zadržovat kapalnou fázi, záměsovou vodu, v suspenzi a snižují filtraci suspenze. Jako antifiltrační přísady do cementových tamponážních směsí se dosud používají vodorozpustné organické polymery nebo vodní suspenze hydrofilních organických polymerů, zejména deriváty celulózy, polyvinylalkohol, polyakrylamid a jeho hydrolyzáty, škroby, želatina, latexy, apod.

Nevýhodou dosud známých a užívaných antifiltračních přísad je, že při koncentraci, která je Optimální z hlediska antifiltračního účinku, zahušťují cementovou tamponážní směs, snižují rychlost jejího začerpávání a kladou tím značné nároky na výkon čerpacích agregátů. S vysokou koncentrací známých antifiltračních přísad se dostavují i vedlejší negativní účinky, např. přílišné pěnění směsi a snížení pevnosti vzniklého cementového kamene.

Pro odstranění nadměrného zahušťování cementové tamponážní směsi působením známých antifiltračních přísad se aplikují do směsi plastifikátory. Při použití např. hydroxietyloelulózy, alkylcelulózy, polyetylenglykolcelulózy a jiných vodorozpustných derivátů celulózy jako antifiltrační přísady se přidávají plastifikátory typu kondenzátů formaldehydu a naftalénsulfokyselinami ve formě sodných,draselných nebo lithných solí. Uvedené kombinace vodorozpustných derivátů celulózy s kondenzáty naftalénsulfokyselin jsou podstatou známých komerčních antifiltračních přísad. Jejich nedostatkem je, že jsou účinné jen při relativně nízkých teplotách. Se stoupající teplotou.jejich antifiltrační účinek rychle klesá a tento pokles nelze eliminovat ani zvýšením koncentrace antifiltračních přísad.

Pro tamponáž hlubokých zemních vrtů, v nichž je teplota vyšší než 100 ⁰ C nejsou známé antifiltrační přísady efektivně použitelné.

Uvedené nevýhody odstraňuje antifiltrační přísada do cementové tamponážní směsi podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že antifiltrační přísada sestává z vodorozpustného derivátu celulózy o průměrném polymeračním stupni vyšším než 200 vznikajícího působením alkylénoxidů na alkalicelulózu, zejména hydroxietylcelulózy nebo polyetylenglykolcelulózy ^polykondenzátu formaldehydu s alkylpolyfenoly sulfonovanými v alkylovém řetězci, přitom hmotnostní poměr obou složek je v rozsahu 1 j 0,5 až 1 s 12.

Dalšího snížení filtrovatelnosti cementové tamponážní směsi se dosáhne, když anti201 438 filtrační přísada obsahuje polykondenzát formaldehydu a naftalenaulfokyselinami, a to v hmotnostním poměru k potykondenzátu formaldehydu s alkylfanoly eulfonovanými v alkylovém řetězci 1 : 0,1 až 1 i 1.

Výhodou antifiltrační přísady podle vynálezu je účinnost i při teplotách nad 100 ⁰ C Umožňuje sestavovat tamponážní směsi na bázi cementu nebo cementu a minerálních plnidel, např. křemičitě moučky, mletého písku, struský a diatomitu. Nezamezuje aplikaci dalěích aditiv, zejména plastifikátorů a zpomalovačů tuhnutí. Va srovnání s použitím samotné hydroxietyloelulózy nebo polyetylenglykoloelulózy má přísada podle vynálezu vyěěí antifiltrační účinek a tamponážní směs ja tekutějěí, což je výhodné předavším při tamponáži s režimem turbulentního toku. Ve srovnání s aplikací hydroxietyloelulózy a obvyklého plášti fikátoru typu kondenzátu naftalensulfokyaelin vykazuje antifiltrační přísada podle prvého bodu předmětu vynálezu např. při 130 ⁰ 0 trojnásobně nižší filtrovatelnost a přísada podle druhého bodu předmětu vynálezu pětinásobně nižší filtrovatelnost.

Antifiltrační účinky přísady podle vynálezu sa projevují u všech tamponážních směsí na bázi cementu, nejvýrazněji však u tamponážníoh směsí vytvořených ze struskoportlandských cementů. Jsou výsledkem synsrgiokého efektu složek antifiltrační přísady, a to dispergačního efektu na cement a termostabilizujícího afektu na deriváty celulózy. Antifiltrační účinek přísady podle vynálezu je prokázán v následujících příkladech a udáván jako filtrovatelnost tamponážní směsi, stanovaná standardním zkušebním testem na vysokotepelném filtrpresu při přetlaku 0,7 MPa. Čím nižší ja hodnota filtrovatelnost!, tj. množství filtrátu prošlého filtrační přepážkou za 30 min., tím účinnější je antifiltrační přísada.

Příklad 1

Do směsi 78,8 % hmotnostních struskoportlandského cementu třídy 230 a 20 % hmotnostních jemně mleté křemičité moučky byla přidána antifiltrační přísada podle vynálezu, sestavená z 0,4 % hmotnostních hydroxietyloelulózy a 0,8 % hmotnostních omega-sulfonovaného alkylpolyfenollckého pojykondenzátu. Po dvacetiminutovém míchání s vodou, dodanou v hmotnostním poměru 0,5 > 1 k suchým komponentám, vznikle cementová tamponážní suspenze, která byla testována standardním postupem na vysokotepelném filtrpresu. Při tlaku 0,7 MPa a teplotě 22 ⁰ C proteklo za 30 min. přes filtrační přepážku 15 om³ filtrátu. Při stejném tlaku a teplotě 70 ⁰ 0 proteklo za tutéž dobu 28ora³ a při teplotě 130 ⁰ C 37 cm³filtrátu Ve srovnání s použitím dosud známé antifiltrační přísady, sestávající z hydroxietylceluló zy a kondenzátu naftalensulfokyselin byla filtrovatelnost tamponážní suspenze při teplotě 130 ⁰ C trojnásobně vyšší.

Příklad 2

Do směsi 68,8 % hmotnostních struskoportlandského cementu třídy 250 a 30 % hmotnostních mletého živoového písku byla aplikována stejná antifiltrační přísada jako v prvém příkladu a vytvořena cementová tamponážní směs se stejným vodním hmotnostním poměrem.

Při teplotě 22 ⁰ C a tlaku 0,7 MPa proteklo přes filtrační přepážku 20 cm³ filtrátu, při teplotě 70 ⁰ C 38 cm³, a při teplotě 130 ⁰ C 47 cm³ filtrátu.

201 430

Příklad 3

Do portlandského cementu třídy 400, v množství 98,6 % hmotnostních byla aplikována antifiltrační přísada podle vynálezu, sestávající z 0,4 % hmotnostních hydroxietylcslulózy, 0,2 % hmotnostníoh omega-sulfonováného alkylpolyfenoliekáho polykondenzátu a 0,8 % hmotnostníoh polykondenzátu naftalensulfokyselin. Po dvacetiminutovém míchání s vodou, dodanou v hmotnostním poměru 0,5 > 1 k sušině, vznikla cementová tamponážní směs, která byla testována stejným způsobem jako v prvém příkladu. Při teplotě 22 ⁰ C vykazovala 25cm filtrátu, při teplotě 50 ⁰ C 24 cm³, při 70 ⁰ C 26 cm³ a při teplotě 100 ⁰ C 27 cm³filtrátu.

Příklad 4

Do silničního cementu třídy 70, v množství 98,45 % hmotnostních byla přidána antifiltrační přísada podle vynálezu, sestávající z 0,45 % hmotnostních polyetylenglykolcelulózy, 0,2 % hmotnostních omega-sulfonovaného alkylpolyfenolického polykondenzátu a 0,8 % hmotnostních polykondenzátu naftalensulfokyselin. V množství 0,1 % hmotnostních byl aplikován i zpomalovač tuhnutí cementových suspenzí glúkonát vápenatý. Směs byla smíchána s vodou v hmotnostním poměru 1 » 0,5 a po dvacstiminutévém míchání testována na vysokotepelném filtrpresu stejným způsobem jako v příkladech 1 až 3* Při teplotě 70 ° C vykazovala 24 om³ filtrátu a při teplotě 120 ⁰ C 189 om³ filtrátu.

Pro srovnání antifiltračních účinků přísady podle vynálezu byla vytvořena obdobná tamponážní směs, lišící se pouze náhradou omega-sulfonovaného alkylpolyfenolického polykondenzátu polykondenzátem naftalen-sulfokyselin. Při teplotě 120 ⁰ C a tlaku 0,7 MPa proteklo přes filtrační přepážku 234 cm³ filtrátu, tj. téměř o pětinu více.

Příklad 5

Do směsi 98,4 % hmotnostních portlandského cementu třídy 400 a 0,1 % hmotnostních glukonátu vápenatého byla přidána antifiltrační přísada podle vynálezu, sestávající z 0,5 % hmotnostníoh hydroxietyloelulózy, 0,3 % hmotnostních omega-sulfonovaného alkylpolyfenolického polykondenzátu a 0,7 % hmotnostních polykondenzátu naftalensulfokyselin. Cementová tamponážní směs, vytvořená za stejných podmínek a se stejným vodním hmotnostním poměrem jako v prvém příkladu byla i stejným způsobem testována. Při 130 ⁰ C vykazovala 99 cm³ filtrátu.

Pro srovnání byl učiněn obdobný pokus jako v příkladu 4. Omega-sulfonováný alkylpoly· fenolický polykondenzát byl nahrazen polykondenzátem naftalensulfokyselin. Tato cementová tamponážní směs vykazovala při 130 ⁰ C rovněž o pětinu vyšší filtrovátelnost, konkrétně 119 cm³.

Příklad 6

Do směsi 98,3 % hmotnostníoh struskoportlandského cementu třídy 250 a 0,1 % hmotnostních glukonátu vápenatého byla aplikována antifiltrační přísada podle vynálezu, sestávající z 0,6 % hmotnostníoh hydroxietyloelulózy, 0,2 % hmotnostníoh omega-sulfonovaného alkylpolyfenolického polykondenzátu a 0,8 % hmotnostníoh polykondenzátu naftalensulfoky201 403 selin. Cementová tamponážní směs vytvořená za stejných podmínek a se stejným vodním hmotnostním poměrem jako v prvém příkladu vykazovala při standardním testování při teplotě 120 ⁰ C 31 cm? filtrátu a při teplotě 130 ⁰ C 34 cm^{1 2 3} filtrátu.

Pro srovnání antifiltračních úěinků přísady podle vynálezu byla vytvořena obdobná směs, lišící se v tom, že omega-sulfonováný alkylpolyfenolický polykondenzát byl nahrazen póly kondenzátem aaftalensulfokyselin. Piltrovatelnost se pronikavě zhoršila. Tato tamponážní směs vykazovala při teplotě 120 ⁰ C a tlaku 0,7 MPa 325 cm³ filtrátu a při teplotě 130 ⁰ C 292 cm³ filtrátu.

K přípravě antifiltraění přísady podle vynálezu může být použit jakýkoliv ěistý nebo technický druh vodorozpustného derivátu celulózy vzniklého působením alkylónoxidů na alkalicelulózu, jestliže jeho průměrný polymeraoní stupeň je vyšší než 200. Jako omega-sulfonováný alkylpolyfenolický polykondenzát lze použít polykondenzát formaldehydu s libovolnými alkylpolyfenoly » sulfonovanými v postranním alkylovém řetězci. Z hlediska výrobního je výhodné používat kondenzáty připravované z technických směsí polyalkylfenolů, které se získávají např. při chemickém zpracování uhlí nebo uhelných dehtů, hořlavých břidlic apod. Polykondenzát naftalensulfokyselin lze získat z pólykondenzátů formaldehydu s naftalenmono- , di- nebo trisulfokyselinami ve formě alkalických nebo amonných solí.

Jednotlivé komponenty antifiltraění přísady podle vynálezu lze aplikovat do cementové tamponážní směsi buň v suchém stavu nebo rozpuštěné v záměsové vodě.

Claims

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

1. Antifiltraění přísada do cementové tamponážní směsi pro hlubinné vrty, vyznaěená tím, že sestává z vodorozpustného derivátu celulózy o průměrném polymeraěním stupni vyšším než 200 vznikajícího působením alkylónoxidů na alkalicelulózu, zejména hydroxietylcelulózy nebo polyetylenglykolcelulózy a z polykondeazátu formaldehydu s alkylpolyfenoly sulfonovanými v alkylovém řetězci, přitom hmotnostní poměr obou složek je v rozsahu 1 t 0,5 až 1 í 12.
2. Antifiltraění přísada podle bodu 1, vyznaěená tím, že obsahuje polykondenzát formal debydu a naftalensulfokyselinami, a to v hmotnostním poměru k polykondenzátu formaldehydu s alkylfenoly sulfonovanými v alkylovém řetězci 1 : 0,1 až 1 s 1.