Расширяющийся тампонажный раствор Советский патент 1984 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей прог«1ышленности и может быть использовано для крепления нефтяных, газовых, газоконденсатных и водяных скважин в интервале температур от ) ДО 250°С. Известны раопиряющиеся цементные растворы на окисной основе, в частности на базе силикатного портландцементного клинкера, содержащего 1-70% свободной (т.е. несвязанной окиси кальция ij Недостаткаг«1 этого раствора являются крайне низкая гидратационная активность окиси кальция из-за обус ловленной технологией высокой темпе ратуры ее обжига совместно с клинке ром при 1480-1510 С, приводящая к ее гидратации через длительное врем в массе уже сформировавшегося цемен ного камня и вследствие этого - к нарушению его сплошности (растрески ванию) , и к его разрушению., а также малая величина расширения (о,39%). Наиболее близким к изобретению по составу и технической сущности является расширяюпщйся тампонажный раствор, содержащий вяжущее - тампо нажный портландцемент-С85-90%1 с окисью кальция (10-15%), воду (в/Т 0,6 - 0,9), добавки, в качестве которых может применяться песок (.5-15%) , и наполнитель - керамзит (.5-10%) . Этот раствор предназначен для пр менения в диапазоне температур 2070°С, величина расширения составляе 6-12% 2 . . Однако известный тампонажный рас вор не нашел широкого практического применения из-за следующих недостат ков: окись кальция нужно обжигать отдельно в специальных печах при 900-1150°С и доставлять на цементны завод, помол окиси кальция с клинкером в цементных мельницах и его упаковка является весьма вредной операцией и требует специальных мер по технике безопаснодти, полученный расширяющийся цемент необходимо хра нить в полиэтиленовых мешках, через 1-2 мес. хранения цемент из-за гидратации окиси кальция под влиянием атмосферной влажности теряет свои расширяющие свойства, прочность це-ментного камня-при этом тоже уменьшается, температурный интервал применения этого раствора (.20-70 с) слишком узок, окись кальция, входящая в состав раствора, снижает долговечность цементного камня в условиях солевой коррозии. .Цель изобретения - повышение величины расширения -в условиях дпитопьного хранения,вяжущего в естественно-влажных условиях с сохранением высокой прочности,/сплошности, .водох-азонёпроницаемости и долговечности цементного камня в интервале температур (-10) 120°С, а также 120 - 250°С. Указанная цель достигается тем, что расширяющиеся тампонажный раствор, содержащий вяжущее с окисью , воду, добавки и наполнитель, в качестве вяжущего содержит обожженный при 1000-1200 С молотый алинитовый клинкер с 2-40%-ной гидратационНО активной окисью кальция и/или с 5-35%-ной гидратационно активной окисью магния, модифицированной 4-5% хлора, в качестве добавок - двуводный гипс и отстойную смолу термической переработки древесины, а в качестве наполнителя - жидкое стекло с модулем 2,5-3,0 при следующем соотношении компонентов, мае.ч.; Молотый алинитовый .клинкер с 2-40%-ной гидратационно активной окисью кальция и/или с 5-35%-ной гидратационно активной окисью магния,модифицированной4-5% хлора100 Гипс двуводный 2-8 Отстойная смола термической переработки древесины0,2-3,5 Вода 39,0-80,5 Жидкое стекло с модулем 2,5-3,0 1,0-9,5 Кроме того, раствор дополнительно содержит 15-35 мае.ч. молотого кварцевого песка и 6,0-31,5 мае.ч. хлористого или сернокислого магния (в расчете на сухое вещество). Алинитовый клинкер с 2-40%-ной гидратационно активной окисью кальч ция или 5-35%-ной окисью магния, модифицированных хлором, получается в результате обжига при 10001200°С сырьевой смеси, в состав которой входит избыточное расчетное количество СаСО или MgCOj по низкотемпературной солевой технологии . Обжиг алинитового цементного клинкера при 1.000-1200°С в присутствии катализатора - хлорида кальция з сырьевых смесей с избытком CaCOj позволяет получить клинкер с высоким (до 80-85%) содержанием алинита с гомогенизированной в нем на моекулярном уровне окисью кальция в отличие от технологии портландцемента, где повышение СаОсвоь. вьвие 3,0% вызывает разложение алинита и резкое ухуд иение качества цемента. Отстойная смола.термической пере работки древесины представляет собо вязкую темно-коричневую жидкость следующего состава, %: Фенолы, высшие жирные кислоты и высокомолекулярные фенолокислоты45-65Летучие жирные кислоты .10-15 Нейтральные вещества25-30 Большая величина расширения данного тампонажного раствора и воз можность его применения при отрицательных температурах обусловлены качественным составом и количествен ным соотношением его ингредиентов, а также наличием гидратационно акти ной окиси кешьция магния), модифицированной хлором, полученной в алинитовом клинкере. Высокая долговечность цементного камня в солевых средах определяется наличием химически связанного хлора в кристаллическбй решетке минералов алини тового клинкера и окиси кальция и оптимальной микроструктурой камня на основе тампонажного раствора дан ного состава, большая величина расш рения (а также прочности) тампонажного раствора и камня на его основе в условиях длительного (до 1 год хранения цемента в естественно-влаж ных условиях сохраняется благодаря оптимальному составу тампонедсного раствора и консервирующему действию добавки отстойной смолы термической переработки древесины, пленка которой на зернах модифицированн хлором окиси кальция или окиси магния и частицах минералов алинитовог цемента нерастворима для атмосферной влаги, но легко смывается деконсервирующим раствором жидкого стекла или солей магния при затворении цемента. Отстойная смола в сл чае ее использования с алинитовым цементом и благодаря наличию жирных кислот оказывает и пластифицирукядее действие, а гель кремнекисйоты или брусита Ktf(Ori)2 , выпадающий из жидкости затворения при контакте ее с эсновной массой цемента и в результате происходящего при этом повышения i щелочности среды, благодаря эффекту интенсивного наполнения капиллярных пустот, образующихся npi расширении раствора, значительно повышают водогазонепроницаемость цементного камня который при большой величине расширения практически не имеет трещин, так как все расширение происходит в период до 24 ч с момента затворения на стадии тиксотропного состояния твердеющей система., когда все деформации имеют обратимый характер. Приготовление расширякнцегося тампонажного раствора осуществляется с использованием обычной стандартной техники и технологии приготовления тампонажных растворов и цементирования скважин. Двуводный гипс и отстойную смолу, которая выполняет роль консерванта-пластификатора, вводят при помоле клинкера на Цементном заводе. Наполнитель деконсервант в целях лучшей гомогенизации обычно вводят в жидкость затвррения в процессе приготовления цементного раствора с помощью цементировочных аг- . регатЬв непосредственно при цементи|ровании скважины. I Применение расширяющегося тампонажного раствора позволяет получить ,в широком диапазоне .температур высококачественный тампонажный раствор и цементный камень на его основе, обладающий большой величиной расширения и хорошими прочностньи«1и свойствами и способствующий повышению качества цементирования скважин в этих условиях. еоставы и свойства раствора приведены в табл. 1-3. Опыт цементирования нефтянь1х и газовых скважин с применением предлагаемых расширяющихся тампонажных цементов с большой величиной расши-. рения показал их высокую эффективность. В частности применение даже расширяющихся тампонажных цементов ;С добавкой окиси кальция в тампо- . нажный портландцемент дало экономический эффект в десятой пятилетке около 1 млн. руб.

Содержание в анилитовом клинкере,%

Через 2 сут. при температуре, С

MgO

СаО

-10

Предел прочности при изгибе, Линейное расширение.

Через 360 сут,

-10

+120

+90

+22

1. РАСШИРЯЮЩИЙСЯ ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТЮР, содержащий вяжущее с окисью кальция, воду, добавки и наполнитель , отличают и, йен тем, что, с целью повьоиения величины расширения в условиях длительного хранения вяжущего в естественновлажных условиях с сохранением высокой прочности, сплошности, водогазонепроницаекюсти и долговечности цементного камня в интервсше температур (Ю) - , в качестве вяжущего он содержит обожженный при 100-1200с молотый алинитовый клинкер с 2-40%-ной гидратационно активной окисью кальция и/или с 5-35%-ной гидратационно активной окисью , модифицированной 4-5% хлора, в качестве добавок - двуводный гипс и отстойную смолу термической переработки древесины, а в качестве наполнителя - жидкоестекло с модулем 2,5-3,0 при следующем соотношении компонентов, мае.ч.: Молотый алинитовый клинкер с 2-40%-ной гидратационно активной окисью кальция и/или с 5-35%-ной гидратационно активной окисью i магния, модифицированной 4-5% хлора100 Гипс двуводьшй2-8 Отстойная термической cs переработки древесины0,2-3,5 Вода39,0-80,5 Жидкое стекло с модулем 1,0-9,5 i 2,5-3,0 30 2. Раствор по п. 1,отличаючто, с целью обесщ и и с я тем, в интервале темпечения применения 250°С, :/д :о эо ператур 120 ой дополнительно содержит 15-35 мас.ч. молотого кварцевого песка и 6,0-31 ,5 мае.ч, хлористого или сернокислого магния (,в расчете на сухое ведество) .

Плотность 1,88 г/см, растекаемость 18

otie

2,0

6,8

3,0

1,18 0.92

3,2

То74

10,05

2Л 36,4

20,08

.

40,0

1,7 44,3

3,8

42,5 58,4

+120 +160 8 3,25,047,554,3 Т7Г- ТГГ9 20,08 15,0 40,3 10 2,0З5,0 41,347,5 ГбТТТТТб

18,6

23,2 20,4 0,55 0,63 0,20

19,5

25,4 0,92 1,19.

18,1

24,4

ИЛ

Тот

14,2

13,3 54t3

збТ

12,612,1

18,3

60,4 . 39,0 47,3

8,8

9,2

5471 67,2

11 2

7,3 68,3 58,5

+120

+160

+200

+250 51,3 iFTF Состав 1. см, начало схватывания 1 ч 30 мин15,25 и 35 мае.ч. молотого кварт66,3 11,0 58,3 17,0 5 ч 20 мин, конец схватывания 3 ч 25 мин цевого песка соответственно)

Таблица 1 6 ч 15 мин (8-10 содержат

б ч 30 мин, конец рхватывания З.ч 45 мин кварцевого песка соответственно)

Продолжение табл. 1

- 7 ч 20 мин (примеры 8-10

Содержание в анилитовом клинкере,%

Через 2 сут. при температуре, С

О

-10

СаО

MgO Плотность 1,77 г/см- , растекаемость Примечание.

Предел прочности при изгибе, Линейное расширение.

Через 360 сут.

+120

. -10

+90 Составы 4 и 5 являются неконценционными (табл. 1},свойраствора для широкого диапазона температур, состав 4 при мость менее 15 см, состав 5 при плотности 1,70 г/см более 12 ч, при низких положительных и отрицательных нее 2 кг/см , Состав 3. 21 см, начало схватывания 2 ч 10 мин содержат 15,25 и 35 мае.ч. молотого 7 ч 15 мин, конец схватывания, 3 ч 30 мин кварцевого песка соответственно)

ства несоответствуют поставленной .. получения расширяющегося тампонажного нлотности 1,90 г/см имеет начало схватывания менее одного часа и растекае-. имеет недоотделенке более 5%, растекаемость более 24 см и начало схватывания температурах раствор твердеет медленно, прочность камня недопустимо мала (меПродолжение табл. 1 10 ч 15 мин (примеры 8-10 100100

2

5,5 . 0,2

2,0

40

Для температур от (-10) до 120° С

ный 1 6,5%-ный 1) 10,5%-1) 2%- 1 11%водный -ный вод- ный ный вод раствор ный раст- вод- ный растжидкого вор жид- ный вор ЖИД-.

стекла кого раст- кого стекла

Для температур 120-250С:

й 2) 25%-ный 2)35%-ный 2)13%-2)37%водныйводный-ный ный раствор раствор вод-- водный MgCl2 MgCljный растП

Таблица 2

Обычный портландцемент ный клинкер 100 + 15СаО

100

100

100

1,5

10

0,1 30

4,0

75 95 вода стекла вор ла жидко го стекPI CT- вор ворMgCBo

оMgCl2 . Состав 1 - рецептура по Нижним пределам содержания компонентов состав 2 - базовая рецептура; состав 3 - рецептура по Верхним пределам содержания компонентов; состав .4 некондиционная рецептура содержание компонентов меньше допустимых } состав 5 - некондиционная рецептура (содержание компонентов больше допустимых), состав б - известный. В графе Жидкость затворения п. 1 приводится для случая использования в рецептуре алинитового клинкера содержащего гидратационно активную окись кальция, модифицированную хлороМ, а п.2 для алинитового клинкера, содержащего гидратационно активную окИсь магния, модифицированную хлором. Содержание жидкости затворения соответствует водотвердому отношению - вода / твердая фаза. В пересчете на обычное водоцементное отношение В/Ц/вода/ цемент/ подотвердое отношение В/Ц 40-90 примерно .соответствует В/Ц 0,35-0,66 Плотность 1,80 4 ч 30 мии - 8 ч

Таблица 3

Продолжение табл. 3 1,82 г/см-, растекаемость 18-20 см, начало схватывания 50 мин,, конец схватывания б ч 45 мин - 10 ч 15 мин Состав 6.