RU2026961C1

RU2026961C1 - Grouting mortar for cementing oil and gas wells

Info

Publication number: RU2026961C1
Application number: RU93001762A
Authority: RU
Inventors: П.Ф. Цыцымушкин; С.Р. Хайруллин; З.Н. Кудряшова; С.Н. Горонович; Б.В. Михайлов; Ю.Д. Морозов; Н.Х.1. Каримов
Priority date: 1993-01-12
Filing date: 1993-01-12
Publication date: 1995-01-20

Abstract

FIELD: gas and oil producing industry. SUBSTANCE: grouting mortar for cementing oil and gas wells contains, mas.%: oil well cement 73.0-73.80; monomer B-2 - product of reaction of aqueous solution of ammonium and light fraction of chlorinated hydrocarbons 0.37-0.74; the balance, water. Monomer B-2 is dissolved in water. Introduced by small portions in aqueous solution of monomer is oil well cement. Mixture is stirred to obtain homogeneous solution. EFFECT: increased strength and adhesion properties of cement stone with reduced water-cement ratio and preserved normal spreading. 1 tbl

Description

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к тампонажным растворам для цементирования нефтяных и газовых скважин в условиях умеренных температур. The invention relates to well drilling, in particular to cement slurries for cementing oil and gas wells at moderate temperatures.

Известен тампонажный раствор для цементирования нефтяных и газовых скважин, содержащий тампонажный цемент, нитрилотриметилфосфоновую кислоту, гексаметилентетрамин и воду [1]. Тампонажный раствор характеризуется высоким водосодержанием, вызванным необходимостью придания ему технологически необходимых параметров, например растекаемости. Known grouting mortar for cementing oil and gas wells, containing grouting cement, nitrilotrimethylphosphonic acid, hexamethylenetetramine and water [1]. The grouting mortar is characterized by high water content, caused by the need to give it technologically necessary parameters, for example, spreadability.

Вместе с тем цементный камень, формируемый из тампонажного раствора с высоким водосодержанием имеет недостаточную прочность и незначительное сцепление с металлом. At the same time, cement stone formed from cement slurry with high water content has insufficient strength and little adhesion to metal.

Наиболее близким к заявляемому по совокупности признаков является тампонажный раствор для цементирования нефтяных и газовых скважин, включающий тампонажный цемент, нитрилотриметилфосфоновую кислоту (НТФ), воду и добавку, в качестве которой содержит алкилбензилдиметиламмонийхлорид (катамин АБ) при следующем соотношении компонентов, мас. % [2]: Тампонажный цемент 71,3954 - 72,9767 Нитрилотриметил- фосфоновая кислота 0,0182 - 0,0255 Алкилбензилдиметил- аммонийхлорид 0,0037 - 0,0255 Вода Остальное НТФ и катамин АБ являются азотсодержащими веществами. Closest to the claimed combination of features is cement slurry for cementing oil and gas wells, including cement slurry, nitrilotrimethylphosphonic acid (NTP), water and an additive, which contains alkylbenzyl dimethylammonium chloride (AB catamine) in the following ratio of components, wt. % [2]: Cementing cement 71.3954 - 72.9767 Nitrilotrimethylphosphonic acid 0.0182 - 0.0255 Alkylbenzyl dimethyl ammonium chloride 0.0037 - 0.0255 Water The rest of the NTP and catamine AB are nitrogen-containing substances.

Недостатки известного раствора - высокое водосодержание (водоцементное отношение) и обусловленные этим недостаточные прочностные и адгезионные свойства формируемого цементного камня. The disadvantages of the known solution is the high water content (water-cement ratio) and the resulting insufficient strength and adhesive properties of the formed cement stone.

Цель изобретения - повышение качества крепления скважин путем снижения водоцементного отношения тампонажного раствора при сохранении нормальной растекаемости и повышении прочностных и адгезионных свойств цементного камня. The purpose of the invention is to improve the quality of the fastening of wells by reducing the water-cement ratio of the cement slurry while maintaining normal flowability and increasing the strength and adhesive properties of cement stone.

Для достижения указанной цели тампонажный раствор, включающий тампонажный цемент, азотсодержащую добавку и воду, в качестве азотсодержащей добавки содержит мономер В-2 - продукт взаимодействия водного раствора аммиака и легкой фракции хлорированных углеводородов при следующем соотношении компонентов, мас. %: Тампонажный цемент 73,00 - 73,80
Мономер В-2 -
продукт взаимодействия
водного раствора
аммиака и легкой
фракции хлорированных углеводородов 0,37 - 0,74 Вода Остальное
Новым в тампонажном растворе является содержание в качестве азотсодержащей добавки - мономера В-2 - продукта взаимодействия водного раствора аммиака и легкой фракции хлорированных углеводородов.To achieve this goal, grouting mortar, including grouting cement, a nitrogen-containing additive and water, contains a monomer B-2 as a nitrogen-containing additive, a product of the interaction of aqueous ammonia and a light fraction of chlorinated hydrocarbons in the following ratio of components, wt. %: Grouting cement 73.00 - 73.80
Monomer B-2 -
interaction product
water solution
ammonia and light
fractions of chlorinated hydrocarbons 0.37 - 0.74 Water Else
New in cement slurry is the content of a nitrogen-containing additive - monomer B-2 - the product of the interaction of aqueous ammonia and a light fraction of chlorinated hydrocarbons.

Мономер В-2 (ТУ 6-00-1012949-26-92) представляет собой жидкость от желтого до бордового цвета, без видимых механических включений, плотностью 1,07 - 1,09 г/см³, показателем активности водородных ионов рН = 7, температурой застывания не выше -18^оС. Мономер В-2 не горюч, не взрывоопасен.Monomer B-2 (TU 6-00-1012949-26-92) is a liquid from yellow to burgundy, without visible mechanical impurities, with a density of 1.07 - 1.09 g / cm ³ , pH of hydrogen ions pH = 7 , pour point no higher than -18 ^о С. Monomer В-2 is not combustible, not explosive.

Экспериментально установлено, что применение мономера В-2 в качестве добавки снижает водопотребность тампонажных растворов при сохранении нормальной растекаемости и удлиняет сроки схватывания последнего, что обеспечивает повышение прочности цементного камня на изгиб в 1,2 - 1,3 раза, напряжение сцепления камня с металлом в 1,3 - 1,4 раза. It was experimentally established that the use of B-2 monomer as an additive reduces the water demand of cement slurries while maintaining normal flowability and lengthens the setting time of the latter, which provides an increase in the bending strength of a cement stone by 1.2 - 1.3 times, the adhesion stress of stone to metal in 1.3 - 1.4 times.

С целью оценки качества тампонажного раствора и цементного камня были проведены исследования по определению их физико-механических свойств. In order to assess the quality of cement slurry and cement stone, studies were conducted to determine their physical and mechanical properties.

Для приготовления тампонажного раствора были использованы портландцемент марки ПЦТ Д20-100 по ГОСТ 1581-81 и НТФ по ТУ 6-03-20-72-86. To prepare the grouting mortar, Portland cement of the PTsT D20-100 brand was used in accordance with GOST 1581-81 and NTF in accordance with TU 6-03-20-72-86.

Исследования производили по известным методикам, показанным в ГОСТ 26798.0-85 - ГОСТ 26798.2-85 и ГОСТ 1581-91. The studies were carried out according to well-known methods shown in GOST 26798.0-85 - GOST 26798.2-85 and GOST 1581-91.

Напряжение сцепления цементного камня с металлом определяли следующим образом. The adhesion stress of the cement stone to the metal was determined as follows.

В металлический стакан со съемным дном концентрично установили металлический стакан меньшего диаметра, а в кольцевое пространство залили исследуемые тампонажные растворы и поместили в термостат, где выдерживали при температуре 75^оС в течение суток. После этого удалили съемное дно и на прессе УММ-5 выдавили внутренний стакан. По величине усилия отрыва внутреннего стакана определяли напряжение сцепления цементного камня с металлом.The metallic glass with a removable bottom concentrically set smaller diameter metal cup and poured investigated plugging solutions into the annulus and placed in an oven where the temperature was maintained at 75 ^{° C} for one day. After that, the removable bottom was removed and the inner cup was squeezed out on the press UMM-5. The magnitude of the separation force of the inner glass was determined by the adhesion stress of the cement stone with the metal.

П р и м е р. Для приготовления тампонажного раствора в водопроводную воду вводят мономер В-2 и перемешивают до полного растворения, после чего небольшими порциями вводят ПЦТ и перемешивают до полного получения однородного тампонажного раствора. PRI me R. To prepare the cement slurry, monomer B-2 is introduced into tap water and mixed until it is completely dissolved, after which PCT is added in small portions and mixed until a homogeneous cement slurry is obtained.

Результаты опытов и состав тампонажного раствора в заявленных интервалах приведены в таблице. The results of the experiments and the composition of the grouting mortar in the declared intervals are shown in the table.

Заявляемый тампонажный раствор (опыты 5 - 10) имеет водоцементное отношение 0,35 - 0,36 при технологически необходимых параметрах (растекаемость 19-21 см и сроки схватывания в пределах ГОСТ 1581-85). Формируемый цементный камень имеет прочность при изгибе, равную 7,8 - 8,8 МПа, напряжение сцепления с металлом (адгезию), равное 3,1 - 3,6 МПа. The inventive grouting mortar (experiments 5-10) has a water-cement ratio of 0.35-0.36 with technologically necessary parameters (spreadability 19-21 cm and setting time within GOST 1581-85). The formed cement stone has a bending strength of 7.8 - 8.8 MPa, a bond strength with metal (adhesion) of 3.1 - 3.6 MPa.

Экспериментально установлено, что оптимальное содержание мономера В-2 находится в пределах 0,37 -0,74 мас. %. При содержании менее 0,37 мас. % (опыт 11) тампонажный раствор при удовлетворительных технологических параметрах формирует цементный камень с показателями, не лучшими, чем аналогичные показатели прототипа. Содержание мономера В-2 более 0,74 мас. % (опыт 12) не дает улучшения прочностных и адгезионных характеристик. It was experimentally established that the optimal content of monomer B-2 is in the range of 0.37-0.74 wt. % When the content is less than 0.37 wt. % (experiment 11) cement slurry with satisfactory technological parameters forms a cement stone with indicators not better than similar parameters of the prototype. The content of monomer B-2 more than 0.74 wt. % (experiment 12) does not improve the strength and adhesion characteristics.

Содержание тампонажного цемента в пределах 73,00 - 73,80 мас. % является оптимальным, так как при содержании менее 73,00 мас. % (опыт 13) при среднем содержании мономера В-2 прочность камня и его адгезия к металлу не лучше, чем аналогичные показатели прототипа, а при содержании более 73,80 мас. % (опыт 14) тампонажный раствор ухудшает свою подвижность (растекаемость 17 см) при высоких прочностных и адгезионных показателях формируемого цементного камня. The content of cement cement in the range of 73.00 - 73.80 wt. % is optimal, since when the content is less than 73.00 wt. % (experiment 13) with an average content of monomer B-2, the strength of the stone and its adhesion to metal is not better than the similar parameters of the prototype, and with a content of more than 73.80 wt. % (experiment 14) grouting mortar worsens its mobility (spreadability 17 cm) at high strength and adhesive characteristics of the formed cement stone.

Предлагаемый тампонажный раствор и цементный камень на его основе обладают высокими физико-механическими свойствами и технологическими параметрами и могут быть использованы для цементирования обсадных колонн в условиях умеренных температур. The proposed cement slurry and cement stone based on it have high physical and mechanical properties and technological parameters and can be used for cementing casing strings at moderate temperatures.

Claims

TURNOGRAPHIC SOLUTION FOR CEMENTING OIL AND GAS WELLS, including grouting cement, nitrogen-containing additive and water, characterized in that, as a nitrogen-containing additive, it contains monomer B-2, a product of the interaction of aqueous ammonia and a light fraction of chlorinated hydrocarbons in the following ratio of components. %:
Grouting cement - 73.0 - 73.80
Monomer B-2 - the product of the interaction of an aqueous solution of ammonia and a light fraction of chlorinated hydrocarbons - 0.37 - 0.74
Water - Else