Тампонажный раствор Советский патент 1985 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к тампонаж ным растворам и может быть использо вано при цементировании нефтяных и газовых скважин в условиях хлормагн зиальной агрессии. Известны тампонажные растворы, в состав которых входит портландски цемент и в виде добавок - слабообож женная известь или окись магния, бе тонитовая глина. Указанные тампонаж (ные растворы обладают повьшенной термостойкостью и большой величиной линейного расширения цементного кам ня l., Недостатком указанных растворов является низкая стойкость в агресси ной среде хлористого магния. Наиболее близким к изобретению по составу является тампонажный рас вор на основе хлорсиликатноро или силикатного клинкера, минеральной добавки и жидкости затворения t. Недостатком известного раствора является невысокая стойкость цемент ного камня на их основе в растворах хлористого магния. Вследствие того, что степень коррозии цементного камня зависит от концентрации ионов магния и хлора в агрессивной среде, то введение в состав цемента окиси магния не обеспечивает достаточной коррозионной стойкости цементного камня., Хлорсиликатные тампонажные растворы характеризуются высокой гидратационной активностью, а с добавяением гипса и извести - большим линейным расширением цементного теста Основные минералы хлорсиликатного клинкера отличаются от портландцементного тем, что в своей кристалли ческой решетке содержат ионы хлора. Эффект расширения связан с гидратацией окиси кальция, при этом основное расширение происходит в период пластического состояния цементного теста до образования твердеющей структуры цементного камня. Недостатком хлорсиликатных тампонажных растворов является недостаточная коррозионная стойкость цементного камня при хлормагнезиаль ной агрессии. Вследствие того, что скорость коррозии цементного камня зависит от концентрации ионов магни и хлора в агрессивной среде, то наличие хлора в кристаллической решетке основных вяжущих минералов хлорсиликатного цемента несколько замедляет коррозию цементного камня, но не значительно. Цель изобретения - повьтение коррозионной стойкости цементного камня к хлормагнезиальной агрессии. Поставленная цель достигается тем, что тампонажньй раствор, содержащий хлорсиликатный или силикатный клинкер, минеральную добавку и жидкость затворения, в качестве жидкости затворения он содержит отработанный буровой раствор с конденсированной твердой фазой с 10-15%-ной концентрацией MgCl2 при следующем соотношении компонентов, мас.%: Хлорсиликатный или силикатный клинкер 53-57 Минеральная добавка 6-11 Отработанный буровой минерализованный раствор с конденсированной твердой фазой с 10-15%ной концентрацией MgCl2 36-37 при этом минеральная добавка содержит окерманит Ca2MgSijO Cl2, мервинит CajMgSijO Clj, и белит Ca SiOjClj, модифицированные хлором, а также хлоралюминат Са А Ч гидратационно активные СаО и MgO при следующем соотношении компонентов, мас.%: Окерманит CaiNgSi O Cl 9-35 Марвенит CajMgSi OvCli 21-45 Белит Ca SiO Cl 19-33 Хлоралюминат 9-12 Гидратационно активные СаО и MgO8-9 Минеральную добавку получают по низкотемпературной солевой технологии при 1000-1200 С, а в качестве активатора минералообразования используется CaClj или MgCli. I . . . Минеральная добавка характеризуется высоким содержанием окерманита и мервинита, которые существенно отличаются от аналогичных минералов в пшаковых отходах металлургических производств тем, что в их кристаллической решетке часть атомов кислорода замещена на атомы хлора.. Такое замещение вызывает более высокую гидратационную активность минералов. Высокое содержание окерманита и мервинита, модифицированных хлором, в минеральной добавке позволяет повысить стойкость цементного камня к хлормагнезиальной коррозии. Гидратационная активность мервини та и окерманита ниже активности алит и алюминатов кальция в ггортландцементном и хлорсиликатном клинкере, поэтому их гидратация происходит в порах сформировавшегося цементного камня, при этом образуются гидроси- ликаты типа , , Crt Srt Н- Гидратационно активные оксиды кал ций и магния обеспечивают расширение цементного теста в период пластического твердения, образующиеся при этом оксихлориды магния, гидрат каль ция и брусит также оказьшают кольматирующее действие. В табл. 1 и 3 приведены составы сырьевыхсмесей и фазовый состав спеков. Приведенные составы сырьевых смесей являются оптимальными исходя из общего содержания окерманита и мервинита в спеке. Отклонение от этих пределов приводит к снижению содержа ния мервинита и окерманита в спеке И увеличению гидратационно активных оксидов кальция и магния, которые увеличивают коэффициент линейного расширения цементного теста, но не(значительно влияют на коррозионную стойкость. Химический состав исходных компо нентов сырьевых смесей дан в т-абл,2 После совместного помола компонентов приготовленные смеси брикети руют и подвергают обжигу в электрической печи при 1000-1200 С с изоте мической вьщержкой 2 ч. После обжиг получают соответственно спеки С-1, С-2, С-3 с различным содержанием окерманита и мервинита (табл.3).. Фазовьй состав спеков по данным рентгеновского количественного анализа приведен в табл.3. ПоБЬШёние коррозионной стойкости цемеитного камня связано с высоким содержанием окерманита и мервинита, модифицированных хлором, в минераль ной добавке. Их Гидратационная активность выше, чем у природных аналогов, но ниже активности алинита и хлоралюмината кальция в хлорсиликат ном клинкере. Поэтому их гидратация тфоисходит в перовом пространстве сформировавшегося цементного камня. при этом Продукты гидратации заполняют поры цементного камня и оказывают кольматирующее действие, Использование минерализованных буровьпс растворов с конденсированной твердой фазой, с 10-15%-ной концентрацией MgClj, в качестве жидкости затворения ускоряет гидратацию мервинита и окерманита, снижает водоотдачу тампонажного раствора. Исследованные составы приведены в табл.4. Пример 1. Берут 530 г хлорсиликатного клинкера и 100 г минеральной добавки, например спек С, имеющий состав, приведенный в табл.3. После совместного помола указанных компонентов смесь затворяют 360 г отработанного минерализованного раствора с конденсированной твердой фазой (гидрогель магния) с концентрацией MgCl2. Затем определяют ocH.OB.H.bie технологические свойства раствора и готовят образцы для опре- . деления физико-механических свойств цементного камня и его коррозионной стойкости. Приготовление других составов осуществляется таким же образом и отличается лишь содержанием компонентов. Результаты испытания образцов цементного камня приведены в табл.5. Образцы выдерживались в 10%-ном растворе MgCl2 при соответствукицей температуре, а также в 15%-ном растворе MgCl (пример to). Тампонажный раствор обладает при этом следующими технологическими свойствами: плотность 1,73-1,8 г/см,растекаемость 19-22 см, начало схватывания 1 ч 55 мин - 3 ч 40 мин, конец схватьшания 2 ч 35 мин - 5 ч 30 мин. Как видно из табл.5 цементный камень на основе разработанного тампонажного раствора обладает достаточно высокой прочностью на изгиб и необходи-г мой коррозионной стой костью. Таким образом, предлагаемый тамцонажный раствор может быть использован для цементирования соленосиых отложений, содержащих пропластки галита, карналита, бишофита.

Таблица 1

ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР, содержащий хлорсиликатньй или силикатньш клинкер, минеральную добавку и жид- у кость затворения, отличающийс я тем, что, с целью повышения коррозионной стойкости цементного камня к хлормагнезиальной агрессии, он содержит в качестве жидкости затворения отработанный буровой минерализованный праствор с конденсированной твердой фазой с 10-15%-ной концентрацией MgCl2 при следунядем соотношении компонентов, мас.%: Хлорсиликатный или силикатный клинкер 53-57 Минеральная добавка 6-11 Отработанный буровой минерализованньш раствор с конденсированной твердой фазой с 10-15%-ной концентрацией MgClj,36-37 при этом минеральная добавка содержит с ® окерманит Caj MgSij,, мервинит CajMgSi O Cl и белит , (Л модифицированные- хлором, хлоралюминат и Са,А1 Ojj Cl2 и гидратационно активные СаО и MgO при следующем соотношении компонентов, мас.%: Окерманит Ca2MgSi 04Cl2 9-35 Мервинит Ca3MgSi 07Clj 21-45 Белит Ca SiOjClj 19-33 4 Хлоралк 1инатСа А1 0з5С12 9-12 00 Гидратационно активные СаО и MgO8-9

Таблица 2

Таблица 3

53

53

53 55

Вяжущее

Таблица 4

57

57

57

55