Расширяющийся тампонажный материал Советский патент 1988 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к креплению нефтяных и газовых скважин, в частности, к коррозионностойким тампонаж- ным материалам, предназначенным для скважин, в продукции которых содержат ся кислые компоненты.

Цель изобретения - повышение коррозионной стойкости расширяющегося тампонажного материала в кислых ере- дах, снижение капиллярной пористости и ранней стабилизации расгаирения цементного камня на его основе,

В изобретении возможно применение портландцементного клинкера актив- ностью не ниже 40,0 МПа,

В качестве шлакового компонента возможно применение любых материалов этого вида, имеющих модуль основности не менее 1,10 и используемых в це ментной промьшшенности в качестве активных минеральных добавок,

В качестве сульфатсодержащего компонента возможно использование природного двуводного гипса, фосфогип- са и борогипса.

Отличительным признаком изобретения является применение в составе вяжущего белого пшама глиноземного ; производства, образующегося в качест ве отхода на стадии глубокого обеск- ; ремнивания алюминатных растворов при { производстве глинозема марок Го и I Гоо методом спекани н: из высококрем- 1 нистых глиноземсодержащих руд, :. Белый DuiaM имеет следующий фазо- I вый состав, мас.%:

Карбонизи- : рованный

гидроалю-

минат кальция с показателями преломления riQ - 1,554 и

Пе 1,53830-70

Гидрогранаты переменного / состава с показателем преломления не более п 1,61830-70

Технологические примесиОстальное

Химический состав белого шлама:| СаО 44,88 - 5А,77; 16,6 - - 19,43; FeiOj 0,25 - 0,50; SiO 0,80 - 1,84; MgO 0,40 - 1,20; Е,0 0,07- 0,85; п.п.п. 26,50 - 31,91.

0

5

0 5

0

5

0

5

Основные фазовые доставляющие белого шлама взаимодействуют с суль- фатсодержащим компонентом, образуя кремнезем- и карбонатсодержащий три- сульфогидроалюминат кальция (ТГСАК). Наличие в составе трисульфогидроалю- мината кальция пр51месных ионов (SiO и определяет изменение габитуса кристаллов соединения, причем форма, размер кристаллов, их высокоразвитая поверхность «обеспечивают кальматацию капиллярных пор образующегося гидратационного каркаса и снижают общую пористость камня на основе расширяющегося тампонажного материала (РТМ), а соответственно по- вьшают непроницаемость монолита.

Кинетика взаимодействия алюминатных фаз РТМ с гипсом определяет раннюю стабилизацию расширения цементного камня и его высокую раннюю прочность.

Избыток сульфатсодержащего компонента позволяет полностью связать ; все апюминатные фазы РТМ в ТГСАК и, таким образом, обеспечивается высокая сульфатостойкость тампонажной композиции, а также устойчивость ее к сероводородной агрессии, которая определяется, наряду с ТГСАК, присутствием в составе цемента низкоосновных гидросиликатов кальция, образующихся при гидратации минералов шлаковой составляющей.

Высокая основность шлаковой составляющей п}эидает РТМ стойкость к магнезиальной коррозии.

Положительным качеством тампондж-. ного цемента с белым шламом является также повьшени© общего модуля основности, что способствует повьштению прочности и плотности цементного камня в поздние срокИ твердения.

Использование расширяющегося тампонажного материала позволяет получить в интервале температур коррозионно-стойкую расширяющуюся композицию с высокой прочностью на изгиб и низкой капиллярной пористостью, я, соответственно, высокой непроницаемостью, что обеспечивает повьше-- ние надежности крепления нефтяных и газовых скважин, в продукции которых содержатся кислые компоненты.

П р и м е р, В лабораторных условиях были получены и испытаны .по ГОСТу двенадцать составов РТМ. РТМ приготавливают совместным измепьчением в стандартной лабораторной мельнице портландцементного клинкера, гипса (природного двуводного или боро- гипса, или фосфогипса), шлака (передельного доменного или электротермо- фосфорного) и белого шлама до тонкости помола, соответствующей 10% остатка на сите № 008,

ции, а при содержании белого шлама более 8% (состав 5) повьшается вязкость композиции и несколько сокращается время загустевания, что сопровождается снижением технологичности тампонажного раствора.

Сокращение содержания в составе РТМ шлакового компонента снижает рас

Изобретение относится к креплению нефтяных и газовых скважин, в частности скважин, в продукции которых содержатся кислые компоненты. Цель изобретения - повышение коррозионной стойкости расширяющегося тампонажно- го материала в кислых средах, снижение капиллярной пористости и ранняя стабилизация расширения цементного камня на его основе. Материал включает портландцементный клинкер, шлаковый, сульфатсодержащий и глино- земсодержащий компоненты. В качестве последнего используют белый пшам, образующийся на стадии глубокого обескремнивания алюминатных растворов при производстве глинозема методом спекания из высококремнкстых гли- ноземсодержащих руд. Тампонажный материал имеет следующее соотношение компонентов, мас.%: белый шлам 4,0 - 8,0; сульфатсодержащий компонент (SOj) 2,0-5,0; шлаковый компонент 10,О-15,и; портландцементный клинкер остальное. Кинетика взаимодействия алюминатных фаз материала с гипсом определяет раннюю стабилизацию расширения цементного камня и его высокую р.анНюю прочность. Избыток сульфатсо- держащего компонента позволяет связать все алюминатные фазы материала в трисульфогидроалюминат кальция,что обеспечивает высокую сульфатостой- кость тампонажной композиции и устойчивость ее к сероводородной агрессии. Высокая основность шлаковой составляющей придает материалу стойкость к магнезиальной коррозии. Повьшгение общего модуля основности способствует увеличению прочности и плотности цементного камня в поздние сроки твердения. 4 табл. (О (Л 4;: со СП О5 4

.загустевания и вязкость pacT-jQ текаемость

кость РТМ, ва cBbmie 1 ся на проч характерис

20

25

30

вора РТМ определяют на консистометре КЦ-3. Коррозионная стойкость камня на основе РТМ определяется методом измерения прочности при погружении образцов в агрессивные растворы, Порис- is тость цементного камня определяется по водопоглощению и методом ртутной П9рометрии на установке ГГ-ЗМ. Линейное расширение образцов замеряют на приборе МИНХ и ГП.

Составы РТМ и результаты физико- механических испытаний представлены в табл. 1 и 2.

Данные табл. 2 показывают, что:

коррозионная стойкость РТМ на 15-20% превышает сульфатостойкостъ и на 30% сероводородостойкость изве-. серого материала; пористость РТМ на 32% ниже, чем у известного материала, причем значительно (на 60%) ниже его капиллярная пористость, что обусловливает повьш1ение непроницаемости камня на основе РТМ;

линейное расширение в среднем не . уступает расширению известного материала. Однако следует.отметить,что, благодаря активности фазовых составляющих белого шлама, стабилизация расширения наблюдается к двум суткам твердения, в отличие от 7 сут, у известного материала. Ранняя стабилизация расширения обеспечивает отсутствие деструктивных изменений в искусственном камне;

растекаемость и время загустева- .с ния РТМ, особенно при повышенных температурах, по/зволяют отказаться от применения добавок - замедлителей ох- ватывания, существенно ухудшающих качество композиции;

прочностные характеристики. РТМ, в среднем, на 25-30% выше, чем у известного материала, так как особенности кинетики образования ТГСАК из белого шлама обусловливают высокую раннюю прочность композиций,

Введение в состав РТМ менее 4% белого шлама (состав 4) ведет к снижению линейного расширения компози35

40

50

55

jQ текаемость

0

5

0

is

с

5

0

0

и повьштает начальную вязкость РТМ, а увеличение его количества cBbmie 15% отрицательно сказывается на прочностных и деформативных характеристиках РТМ,

Составы предлагаемого расширяюще- гося тампонажного материала приведены в табл,Г.

Состав известного тампонажного материала приведен в табл,2,

Сведения о кинетике линейного расширения РТМ представлены в табл.3.

Данные табл.З свидетельствуют о ранней стабилизации линейного расширения РТМ в широком температурном интервале.

В табл, 4 даны физико-механические характеристики расширяющегося тампонажного материала.

Формула изобретения

Расширяющийся тампонажный материал, включающий портландцементный клинкер, шлаковый, сульфатсодержащий и глиноземсодержащий компоненты,о т - личающийся тем, что, с целью повьш1ения его коррозионной стойкости в средах, снижения капиллярной пористости и ранней стабилизации расширения камня на его основе, он в качестве глиноземсодержа- щего компонента содержит белый шлам, образующийся на стадии глубокого обескремнивания алюм11натных растворов при производстве глинозема мёто-. дом спекания из высококремнистых гли- ноземсодержащих руд, при следующем соотношении компонентов, мас,%:

Белый шлам гли5

ноземного

производства

Сульфатсодер-

жащий компонент

(% 30)

Шлаковый компонент

Портландцементный

клинкер

4,0-8,0

2,0-5,0 10,0-15,0

Остальное

.

Передельный шлак комбината I, Передельный шлак комбината II. Электротермофосфорный шлак,

I Таблица

905,02,52,5 1,1

8010,05,05,0 2,0

7015,07,57,5 3,3.

14357648

Таблица 3