Тампонажный раствор Советский патент 1983 года по МПК E21B33/138 

&0

сд

х а:.

Изобретение относится к строительству скважин и может быть исползовано для цементирования обсадных колонн и установки цементных мостов в открытых или обсаженных участках ствола с пониженной температурой.

Известен тагтюнажный раствор 1 содержащий цемент, конденсированную сульфит-спиртовую барду (КССВ), бихромат калия или натрия V хромпик), хлорид кальция и воду при следующем Соотношении компонентов, мае.ч.

Цемент1,000

КССБ0,002-0,005

Хромпик0,002-0,005

Хлорид

кальция 0,002-0,020

Вода0,350-0,450

Имея ряд преимуществ перед растворами, применяемыми для цементирования скважин в многолетнемерзлых породах, в частности низкое тепловыделение при затвердевании и высокую прочность камня, известный состав нуждается в изменении свойств в направлении дальнейшего снижения тепловыделения и повышения прочнос,ти камня.

При снижении тепловыделения, сопровождающего процесс твердения цементного раствора, в затрубном пространстве создаются благоприятные условия для сохранения мерзлых пород, склонных к осыпанию при растеплении. Как определено промысловыми экспериментами на Русском месторождении, против пород с объемной льдистостью свыше 20% интенсивность тепловыделения не должна превышать 1 ккал/кг ч. Этот показатель для из.вестного раствора равен 1, 37 ккал/кг что выше допустимого.

В некоторых северных районах Тюменской области и Красноярского края мощность осыпающихся при растеплении мерзлых пород, развитых е поверхности, достигает 50 м. Для сохранения продольной устойчивости обсадных колонн в этих экстремальных условиях необходимо повышение прочности цементного камня, облегчающего обсадные трубы, до 30-кгс-см в двухсуточном, возрасте при 5С. Такой прочности камень на основе известного состава не достигает.

Целью изобретения является снижение тепловыделения и повышение прочности камня.

Указанная цель достигается тем, что известный тампонажный раствор, содержащий цемент, конденсированную сульфит-спиртовую барду, бихромат калия или натрия, хлорид.кальция и воду, дополнительно содержит хлорид .натрия при следующем соотношении компонентов, -мае.ч.:

Цемент1,000

Конденсированная сульфит-спиртовая барда

0,002-0,005 ВИхромат калия или

0,004-0,01.0 натрия Хлорид 0,002-0,020 кальция Хлорид

0,040-0,100 натрия Вода 0,320-0,420

Для оценки свойств тампонажного раствора и оптимизации его состава проведены эксперименты с растворами на основе цемента Стерлитамакского 5 и Чернореченского заводов.

Три состава ингредиентов приведены ниже, мае.ч.

::EI

III

0,320

-Вода

0,380 0,420

Тампонажные растворы готовят путем растворения в воде последовательно хлоридов натрия и кальция, хромпика, КССБ с перемешиванием композиции в течение 10-15 мин и затворения цемента на растворе перечисленных реагентов.

Характеристика тепловыделения ;затвердевающих растворов известного и предлагаемого составов приведена в табл. 1.

В ранние сроки (до 40 ч .) удельное тепловыделение в предлагаемом составе ниже показателя по известнЬму на 37-58%, позднее (через 60-100 ч) - на 27-28%. Интенсивность тепловыделения в предлагаемом растворе, равная 0,55 ккал/кг ч, не превышает регламентируемого значения ( 1,0 ккал/кг, ч).

Зависимость прочности образцов цементного камня от температуры среды хранения приведена в табл 2.

Определено, что при пониженной температуре среды (5 и минус-5 С прочность образцов данного состава через 2 сут в 1,8-4 раза выше прочности камня по прототипу. При температуре 5°С прочность камня данного состава выше регламентируемого значения 130 к ГС смН

В экспериментах вьщержано оптимальное -соотношение КССБ и хромпика 1:2. При нарушении этого соотношения отмечается нестабильность параметров рдствора, в частности изменение растекаемости и сроков схватывания в большую или меньшую сторону на 30-40%.

Прочность камня, затвердевавшего при -5°С, измеряется после растепления образцов в течение 2 ч при . .

Снижение тепловыделения объясняется следующим. Обычно замедленная гидратация вяжущего при наличии в системе КССБ еще более замедляется с вводом хромпика. Это происходит в результате восстановления хрома до иона Сг в щелочной среде и образования анионныхкомплексов Ссг(ОН) адсорбирующихся на зернах цемента и новообразованиях. После вывода в систему хлоридов кальция и натрия ионы СЁ входят в комплекс хрома, замещая ионы ОН в CCvCOH)e, 1. Силы связи хемосорбции образующихся комплексов СсуСб выше, поэтому гидратация части вяжущего прекращается и рост новообразований в системе еще более замедляется.

По сравнению с известным раствором, в предлагаемом, в связи с

вводом в него хлорида натрия, содержится повышенное количество ионов СК . Очевидно, для формирования большего числа комплексов IjCyCftJ необходим также повышенный расход

хромпика. Этим, а также стремлением к стабилизации свойств раствора, о чем сказано вьаие, объясняется увеличение добавки хромпика в предлагаемом растворе до 0,010 мае.ч.

Рост прочности камня обеспечивается, главным образом, снижением водосодержания в системе. Некоторир прирост прочности на более поздней стадии затвердевания (2 сут и более)

вызывается также тем, что образующиеся в растворе комплексы хрома Сг (ОН) J и участвуют в структурообразовании, обеспечивают повышение сцепления при сращивании гидратных новообразований между собой и с непрогидратированными частицами цемента.

Эффективность использования дан,,ного тампонажного раствора определяется предупреждением случаев негерметичности обссщных колонн, вследствие потери устойчивости их в многолетнемерзлой толще, верхняя часть которой, мощностью до 50 м, . представлена породами, осыпающимися

при растеплении. Примечание: Содержание в исходном растворе цемента 1,00 мае.ч., КССБ - 0,005 мае.ч., хлорида кальция - 0,010 мае.ч., используется цемент после 1 года хранения в складских условиях

ТА1 ПОНАЖНЫЙ РАСТВОР, содержащий цемент, конденсированную сульфит-спиртовую барду, бихромат калия или натрия, хлорид кальция и . .воду, о т л и чаю ш и и с я тем, что, с целью снижения тепловыделения и повышения прочности камня, он дополнительно бодержит хлорид натрия при следующем соотношении компонентов, мае.ч.: 1,000 Цемент Конденсированная сульфит-спиртог 0,002-0,005 вая барда Вихромат калия или 0,004-0,010 натрия Хлорид 0,002-0,020 кальция Хлорид 0,040-0,100 натрия (Л 0,320-0,420 Вода