Расширяющийся цемент для цементирования скважин Советский патент 1983 года по МПК E21B33/138 

4 Од 4 ОО

Изобретение относится к глубоко му бурению, в частности к составам для цементирования скважин, повышающим герметичность заколонного пространства, и может использоваться в нефтяной и газовой промьшшенности, геологическойразведке, при добыче геотермальной энергии, подземной газификации твердых топлив, гидроизоляционных работах и в шахтном строительстве.

Известны расширяющиеся цементы для цементирования буровых скважин с добавками магнезита и доломита, обожженных при 900-11РО°С (продуктом обжига являются оксиды магния и кальция ClJ.

Такой расширяющийся цемент рекомендуется применять в. скважина-х на забое при 20 - 75°С. При более высоких температурах расширение незначительно.

Известен расширяющийся цемент, содержащий оксид магния, обожженный при 1200-1300 С, .который рекомендуется применять в интервале температур 120-180 С. Такой оксид магния в количестве до 36% содержится в хроматном шламе - отходе преработки хромовой руды. Применение хроматного шлама в качестве расширяющейся добавки позволяет .пблучить расширяющиемя цементы для цементирования скважин в указанном выше интервале температур 2.

Определенная температура обжига оксида магния предопределяет ограниченный температурный интервал эффективного расширения цемента для цементирования буровых скважин. Однако в температурном интервале 75 и выше (180°С) ни один из указанных расширяющихся цементов не даст равномерного расширения по стволу скважины.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является расширяющийся цемент для цементирования скважин, содержащий в сврем составе портландцементный клинкер - вяжущее вещество, гипс и бентонитовую глину - наполнитель 7 10 вес. % обожженного магнезита расширяющей добавки з .

Температура обжига магнезита (оксида магния )не оговаривается, так как в каждом конкретном случае температура обжига выбирается наиболее соответствующей температуре цементирования конкретной скважины Однако при закреплении обсадных колонн в скважине цементируется интервал ствола большой длины, и в данном интервале температура непрерывно и плавно изменяется от минимального до максимального значе ния.

Таким образом, добавка оксида магния, обожженного при определенн

температуре, наилучшим образом соответствует только части интервалг. цементирования. Если температура обжига выбирается в соответствии с нижней ча-стью ствола скважины, то в вышележащих интервалах -наблюдается замедленное расширение, а в верхних - недопустимо замедленное. В результате неравномерного расширения произойдет растрескивание цеQ ментного камня.

Если температура обжига, выбирается в соответствии с температурой верхней части ствола скважины, то гидратация оксида магния в нижней части ствола скважины с более высокой температурой произойдет слишком быстро, до затвердевания цементного камня, не вызвав его расширения или вызвав очень незначительное расширение. В результате не0 равномерного расширения по стволу скважины Hfe будет осуществлена надежная герметизация заколонного пространства.

Цель изобретения - повышение

5 надежности герметизации заколонного пространству путем равномерного расширения по всему зацементированному интервалу ствола сква)8:ины в интервале температур 22 - 200с.

0 Поставленная цель достигается тем, что расширяющийся цемент для цементирования скважин, включагаций вяжущее, наполнитель и расширяющую добавку, в качестве последней со-5 держит пыл:еунос вращающихся печей обжига магнезита при следующем отношений компонентов, мае.ч.:

50-95

Вяжуш.ее 5-50 Наполнитель Пылеунос

вращакядихся печей обжи10-30га магнезита

Пылеунос вращанхдихся печей обжига магнезита содержит 10-20% магнезита, вынесенного из участков по. длине печи, в которых еще.не произошло разложение карбонатов и 75-85%

оксидов магния, вынесенных из различных участков по длине вращающейся печи.

Температура обжигаемого материала по длине вращающейся печи возрастает плавно и непрерывно до

1600°С. Вследствие этого в пылеуносе содержатся частицы оксида магния, обожженные при всех температурах, наблюдающихся по длине вращающейся печи. Каждому бесконечно малому температурному интервалу соответствует бесконечно малая доля обожженного при данной температуре материала.

В табл. 1 показано содержание

обожженного оксида магния в cjibuie уносе в зависимости от -температур ного интервала. Таблица . При цементировании скважины до устья в верхнем интервале при невысоких температурах расширение обеспечивается слабообожженным ок (Лзидом магния из близких к холодному концу участков вращакицейся печи. Если скважина достаточно больш глубины: имеет интервалы с более вы сокой температурой, то в этих интервалах слабообожженный оксид ма ния гидратируется слишком быстро, не вызывая расширения. Но в этих интервалах расширение вызывается оксидом магния, обожженным при бо лее высокой температуре. Таким образом, в каждом бескон но малом температурном .интервале по стволу скважины в цементном кам не оказывается некоторое количест оксида магния обожженного при наиболее благоприятной для .данных условий температуре. Присутствие оксида магния, обожженного при различной температуре, способствует равномерному расширению, во времени. Расширяющийся цемент получают смешением ,или совместным помолом вяжущего вещества, наполнителя и расширя.юще и добавки.. В табл. 2 показаны свойства расширяющегося состава цемента при различной температуре твердения в автоклаве,. В примерах 10 и 1.1 рас- . ширяющая доба&ка дана в количестве, выходящем, за пределы оптимальных значений. Как следует из табл. 2, при содержании расширяющей добавки менее 1,0 мае. ч. не .обеспечивается необходимая для герметизации скважины величина расширениз; при .cofдержании добавки более 30 мае.ч. возможно нарушение сплошности цементного камн-я из-за слишком большого расширения. Как следует из табл. 3, при введении в качестве расширяквдейсядобавки, каустического магнезиального порошка, температура обжига которого , расширение цемента при 75°С и 180°С недостаточно, а при использовании в качестве расширяющей добавки металлургического магнезитового порошка с температурой . обжига 1600°С при температуре в скважине 22°С и 75°С происходит чрезмерно большое расширение в поздние сроки, вызывающее снижение прочности цембНтного камня.

(Я

а.

S

Б: о

rtН

РАСШИРЯРЦИЙСЯ ЦЕМЕНТ ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН, включающий вяжущее, наполнитель и расширяющую добавку, отлич аюциАся тем, что, с целью повышения надежности герметизации заколонного про.странства путем придания цементному камню равномерного расширения по всему зацементированному интервалу ствола скважиШй в интервале . температур 22-200 с, в качестве расширянхцей добавки он содержит пылеунос вращающихся печей обжига магнеГзита при следующем отношении компонентов . мае. ч.: Вяжущее50-95 На полнитель 5-50 Л ; Пылеунос , (Л вращанхцихся печей обжига с магнезита 10-30

шю ш о о о о о оо о

ю 1Л от оооо о о о о

О%С 9 ОЧ Ч Г11Л1ЛЮ 1Л1Л

tH s fi in. е r оо a о -( t-i.r-i чЧ1л 1Л ininin

тН тЧ

(в а S ю (в н

(1 S ю с;

U X П (-1

IIа

(DO)0)и

чS«Xс

Н0)3XS

ааXSU

очнч

сXXii:S

Г О

о ,

N

о

оо

гд 00

«л

со г

а

«ч гм

Ч

со

N

гм

0

«Л

о

«I

го

I

I м

I:

I

л

1Л

о

о

о m

«sп

п

I

I м

г1

оо

о со

гм гм

1Л

1

тЧ

1Л

1Л

гм

гм

«о

гм

Предлагаемый расширянядийся цемент содержит в своем составе в качестве расширяющей добавки отход производства - дешевый недефицитный продукт, который универсален по виду вяжущего материала (в сочетании с данной добавкой могут применяться любые из известных тампонажных вящующих материалов ). Достаточно равномерное по стволу скважины расширение обеспечивается в широком интервале температур 20-200с. Расширякяцаяся добавка в

виде пылеуноса вращающихся печей обжига магнезита не влияет на другие технологические свойства там- , понажного раствора и цементного камня.

Утилизируя отходы - пылеунос, 13обретение способствует решению проблем по охране окружающей среды, Изобретение позволяет улучшить герме.тизацию заколонного пространства, что также..улучшает естественную среду, окружающую человека, так как предотвращает газопроявления.