Облегченный тампонажный материал Советский патент 1984 года по МПК

Изобретение относится к бурению., в частности к тампоназрным материалам для крепления нефтяных и газовых скважин. Для цементирования нефтяных и газовых скважин, в разрезе которых имеются пласты с аномально низкими пластовыми давлениями или с низким градиентами гидроразрыва, применяют облегченные тампоиажкые материалы. Известны тампонажные материалы Г состоящие из тампонажного портландцемента и облегчающей добавки, в ка честве которой могут быть использованы, мас.%: Бентонитовый глинопорошок 5-15 Диатомат 20-50 Трепел, опока 30-70 Добавки вулканического происхождения (вспученный перлит, вулканический пепел, туфы) 5-20 Карбонатные добавки До 50 Добавки органического происхождения 10-50 Недостатками указанных тампонажн материалов являются малая прочность и высокая проницаемость камня, которые обусловлены большим водосодер жанием цементных растворов для снижения плотности. Известны тампонажные материалы для получения облегченных растворов имеющие при равной плотности значительно меньшее водосодержание. Эти растворы содержат в качестве облегчающей добавки газонаполненные капсулы полимерньге микробаллоны 123. U Недостаток данных материалов низкая прочность, оболочек газонаполненных капсул, не выдерживающих высоких гидравлических давлений. В результате этого оболочки лопаютс плотность цементного раствора резко повышается и он быстро густеет. Кро ме того, эти растворы имеют низкую седиментационную устойчивость и для предотвращения всплывания капсул в состав раствора вводятся ные структурирующие добавки, наприм на базе бентонита. Известен облегченный тампоналсный материал с гранулами вспученного ар гиллитозого песка в качестве облегчающей добавки. Данный тампонажный материал содержит вяжущее вещество портландцемент(50%), облегчающую добавку в виде пористых обожженных глиняных гранул - вспученный аргиллитовый песок (45%), стабилизирующую добавку - бентонитовую глину (5%) ТЗ J. Недостатком указанного тампонажного материала, содержащего аргиллитовый песок, является низкая седиментационная устойчивость, обусловленная избытком воды, вводимой в раствор для обеспечения необходимой подвижности. При этом возможно отделение гранул вспученного аргиллита. Дпя устранения этого недостатка Б тампоналсный раствор вводят стабилизирующую добавку, например, в виде бентонитовой глины, что усложняет процесс приготовления растворов и снижает прочность, термостойкость образующегося камня. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является облегченный тампонажный материал, содержащий в качестве вяжущего вещества обожженный твердый остаток отходов содового производства }. Известный тампонажный материал содержит вяжущее вещество - обожженный твердый остаток отходов содового производства (35-60%), облегченную добавку в виде пористых обожясенных глинистых гранул - вспученный аргиллитовый песок (40-65%). Тампонажные растворы, содержащие оболсженный твердый остаток отходов содового производства, обладают достаточно высокой сед шентационной устойчивостью благодаря наличию аморфизированного гидрокснда кальция,, обладающего большой удельной поверхностью и способностью к структурообразованию в водном растворе. Недостатком тампоналсных растворов,, содержащих в качестве вяжущего обожйсенный твердый остаток отходов содового производства, как и у большинства перечисленных растворов, является высокий температурный интервал применения. Процесс твердения известного тампонажного материала (4) обусловлен протеканием химических реакций между известковь ми и кремнеземисть м компонентами, входящими и вяжущее. Гидроксид кальция и другие высококальщзевые компоненты являются составной частью обояжечного твердого остатка отходов содового производства. Наличие кремнеземистых KONmoHeHTOB и составе вяжущего обеспечивается обожженным аргиллитом. Взаимодействие в системе СаО-Н20 начинается при те пературе выше 100-120°С, поэтому температурный интервал применения известного тампонажного материала выше 120 С. При температуре ниже 100 С раст вор из известного тампонажного материала имеет очень низкую прочность и длительные сроки схватывания . Цельзо изобретения является повышение прочности облегченного там понажного материала на основе обож женного Твердого остатка отходов содового производства и добавок пр нормальных температурах. Указанная цель достигается тем, что облегченный тампонажный материал на основеобожженного твердог остатка содового производства содержит в качестве добавок отход пр изводства алюминия и двуводный гипс при следующем соотношении компонентов, мас.%: Обожженный твердый остаток отходов содового производства Отход производства 40-50 алюминия 5-13 Двуводный гипс Пределы содержания компонентов заданы с расчетом на гарантированн образование в процессе твердения гидросульфоалюминатов кальция и гидроалюмииатов кальция в начальны сроки твердения. При содержании гипса более 15% часть гипса остается несвязанной в начальные сроки структурообразова ния раствора (до 2-3 ч) и возможно образование гидросульфоалюминатов кальция в затвердевшем камне, что может привести к разрушению камня Уменьшение содержания двуводного гипса менее 5% приводит к ускорению сроков схватывания тампонажног .раствора. Соотношение обожженного твердог остатка отходов содового производства и отхода производства алюмини выбирается из условия образования в цессе твердения кубических гидроалю натов - наиболее термодинамически ус тойчирой фазы, чтобы в затвердевшем камне не оставалось свободного гидроксида кальщ5я и алюминия 04 в значительном количестве. При весовом соотношении обожженного твердого остатка к отходу про.изводства алюминия менее 0,7 (35%/50%) в вяжущем остается большое количество свободного оксида алюминия, не вступившего в химическую реакцию, что снижает прочность образующегося камня. При соотношеНИИ компонентов более 1,25 (50%/АО%) в вяжущем остается избыток гидроксида кальция и свободная (несвязанная) часть его выделяется в виде кристаллогидратов , имеющих меньшую прочность и стойкость, чем гидроалюмцнаты. Кроме того, избыток гидроксида повышает основность продуктов твердения и понижает стойкость продуктов твердения к внутрифазовой перекристаллизации. В сочетании с двуводным гипсом обожженный твердый остаток отходов содового производства и отход производства алюминия образуют систему с высоким вяжущими свойствами вследствие химического взаимодействия между гидроксидом кальция, оксидами алюминия и гипса. Поэтому предложенный тампонажный материал способен образовывать прочный искусственный камень при нормальных температурах твердения, Образующиеся в процессе гидратации фазы содержат большое количество химически связанной воды,и поэтому водопотребность вяжущего не вызывает роста проницаемости и снижения прочности камня. Повышенное водосодержание раствора снижает его плотность. Этому же способствует водород, выделяющийся в начальной стадии процесса структурообразования в результате химической реакции между гидроксидом кальция и алюминием. Содержащаяся в обожженном твердом остатке отходов содового производства белитовая фаза обеспечивает набор прочности камня на поздних стадиях твердения. Химический состав твердого остатка отходов содового производства изменяется в следующих пределах, мас.%: СаО 40-50, MgO 1,5-2,5, SiO, 6-12, Л120 2,8-4,0, SO.j1,0 5,0t Cl 0,1-6,0, C02 26,0-33,0, 28,0-35,0, Ге20з 1,0-2,7, ,п.п .п. 1,0-2,0. S10 Химический состав отхода производства алюминия изменяется в следуюцих пределах, мас.%: СаО 1,05 2,30, SiOj 3,20-6,30, 0,62 и,90, 53,00-64,70, п.п. 30,34-35,51, С1 1,30-1,57. Облегченный тампонажный материал готовится смешением компонентов в заданных соотношениях с последующим помолом сырьевой смеси до удельной поверхности 2500-3500 . 0статок на сите 008 составляет не более 15%. Из указанных составов готовятся образцы см, испытывавшиеся согласно ГОСТ 1581-78. Водовяжущее отношение выбирается из условия обеспечения нормальной прокачиваемости растворов и составляет 0,6-0,7, растекаемость при этом изменяется от 19 до 21 см. В таблице приведены составы и свойства предлагаемого и известного облегченного тампонажного ма вриала.

1Л

ю

ю

О О

in

о ш

г sr Юst

«

vO

ОБЛЕГЧЕННЫЙ ТАМПОНАЖНЫЙ МАТЕРИАЛ на основе обожженного твердого остатка отходов содового производства и добавок, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности при нормальных температурах, он содержит в качестЬе добавок отход производства алюминия и двуводный гипс при следующем соотношении компонентов, мае.%: Обожженный твердый остаток отходов содового производства 35-50 Отход производства алюминия40-50 (Л Двуводный гипс5-15 со 00 ел

ю

sjо о

СЧ

л

ш m

г. «л о

чГ

-

9 1 Облегченный тампонажный материал имеет высокую прочность, низкий коэффициент водоотделения, не слеживается при хранении, хорошо смешивается с водой, содержит недррогие и недефицитные материалы, являющиеся отходами производства. Преимуществом предлагаемой композиции по сравнению с известными 09085010 составами является отсутствие инертных компонентов, способных осаждаться или всплывать при разбавлении растворов. 5 Предлагаемый облегченный тампонажный материал рекомендуется для крепления нефтяных и газовых скважин при нормальных температурах тверрения.