Облегченный тампонажный раствор Советский патент 1992 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к горному делу, а именно к цементированию обсадных колонн нефтяных и газовых скважин.

В связи с наличием в разрезе скважин пластов, имеющих низкие градиенты гидроразрыва, для цементирования скважин широко применяются облегченные тампонажные растворы. В качестве этих растворов в основном используются глиноце- ментные растворы и растворы с добавкой кремнеземсодержащих материалов.

Известен облегченный раствор, содержащий портландцемент, облегчающую добавку и воду. В качестве облегчающей добавки используют диатомит.

Недостатком известного раствора являются низкая прочность и длительные сроки схватывания при цементировании в зоне АВПД близко расположенных водонапорных и углеводородсодержащих пластов, что может привести к межпластовым перетокам.

Цель изобретения - сокращение сроков схватывания при одновременном увеличении прочности цементного камня.

Поставленная цель достигается тем, что раствор, содержащий портландцемент, облегчающую добавку и воду, в качестве облегчающей добавки содержит плагиодацит при следующем соотношении компонентов, мае.ч.:

Портландцемент 70-80

Плагиодацит20-30

Вода70

Для приготовления облегченной смеси использовали портландцемент Вольского завода марки ПЦТ Д20-50, выпускаемый по ГОСТ 1581-85..

Плагиодацит - вулканогенная порода, минералогический состав которой - кварц, полевой шпат и девитрифицированная мик- рофельзитовая основная масса.

Химический состав породы следующий, %: SI02 65,7-72,4; 13,1-15,5; Г-еаОз,«%

н

ы

iOI 4

ю

FeO 3,68-5,60; MnO 0,1; Mg 1,5-3,0; CaO 1,3-4,1; Na20+K20 3,3-4,1; Ti02 - 0,39-0,57; P20s 0,04-0,18; потери при прокаливании 1,2-2,3.

Наличие в породе низкотемпературного кремнезема SiOa (до 30%)и девитрифи- цированной фазы (до 20%) состава Са о,1 Nao,iSi3 04 обеспечивает ее высокую пуц- цолановую активность, т.е. способность при затворении смешанного вяжущего водой реагировать с гидроокисью кальция и то- берморитовой группой, образующихся при гидратации основных минералов клинкера.

Физико-химические исследования предлагаемой композиции показывают, что в плагиодацитах имеются две активные группы, которые находятся в нестабильном (кристаллитовом) состоянии.

Первая группа - низкотемпературный кристобалит частично взаимодействует с Са(ОН)2 (связывается около 40% Са(ОН)2) и образует гидросиликаты кальция (CSH), повышающие морозостойкость, водостойкость и термостойкость.

Вторая активная группа - сложная смесь солей (Cao.iNao.iAlo.sSia.oCM). Она содержится в породе в виде кристаллитов, которые реагируют с Са(ОН)2 и, возможно, с тоберморитовой группой, образуя водные четырех кальциевые алюмосиликаты (), которые фиксируются на рентгенограммах линиями 5,24; 2,87; 3,49, итобер- мориты, близкие к аморфным. Увеличение аморфных гидратных новообразований приводит к увеличению прочности при изгибе затвердевшего цементного теста и способствует уменьшению сроков схватывания.

Состав и свойства образующихся гидросиликатов зависят от количества введенной добавки и температуры. Введение 20-30% добавки оказывается достаточным для образования низкоосновных гидросиликатов кальция, что способствует сокращению сроков схватывания при достижении достаточно высокой прочноститампонажного камня.

Изобретение осуществляют следующим образом.

Добавку плагиодацита к цементу вводят в сухом виде. Облегченный раствор готовят затворением полученной сухой смеси на воде. Перемешивание осуществляют вручную, в течение 3 мин. Образцы тампонажного камня выдерживают при и +75°С.

Пример1.80г тампонажного портландцемента перемешивали с 20 г плагиодацита в сухом виде, смесь затворяли на воде. Водосмесевое отношение составляло 0,7, что соответствует соотношению ингредиентов, мас.ч.:

й

и

Портландцемент80

Плагиодацит20

Вода70

Результаты испытаний приведены в таблице.

При данном соотношении ингредиентов (пример 2 в таблице) плотность состава ,62 г/см , растекаемость (Д) 24,0 см, прочность на изгиб и сжатие в 2-х суточном воз- 10 расте при t +20°C соответственно равны 1,15 и 1,19МПа, а при t +75°C равны 31,7 и 59,4 МПа.

Пример 2. 75 г портландцемента перемешивали с 25 г плагиодацита, затем 15 добавили воду в количестве, определяемом ,7, что соответствует соотношению ингредиентов, мас.ч,:

Портландцемент75

Плагиодацит25

20 Вода70

При этом соотношении ингредиентов (пример 3 в таблице) плотность состава 1,61 г/см3, растекаемость 22,0 см, прочность на изгиб и сжатие в 2-х суточном возрасте при 25 t +20°C соответственно равны 1,08 и 1,14 МПа, а при t +75°C - 28,8 и 50,0 МПа.

Пример 3. В сухом виде перемешивали 70 г портландцемента и 30 г плагиодацита, добавив воду, получили раствор при 30 следующим соотношении ингредиентов, мас.ч:

Портландцемент70

Плагиодацит30

Вода70

35 При данном соотношении ингредиентов (пример 4 в таблице) плотность раствора 1,60 г/см3, растекаемость 20,0 см, прочность при t +20°C на изгиб равна 1,05 МПа, на сжатие - 1,09 МПа, а при t +75°C - 27,8 и 40 46,3 МПа соответственно.

Как видно из примеров и табличных дан- ных,облегченный состав с использованием плагиодацита в качестве облегчающей добавки имеет более высокую прочность на 45 изгиб и сжатие тампонажного камня в 2-х суточном возрасте, сроки схватывания сокращаются по сравнению с известным. Формула изобретения Облегченный тампонажный раствор, включающий портландцемент, облегчаю- 50 щую добавку и воду, отличающийся тем, что, с целью сокращения сроков схватывания при одновременном увеличении прочности цементного камня, он в качестве облегчающей добавки содержит плагиода- 55 цит при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Портландцемент70-80

Плагиодацит20-30

Вода70

Сущность изобретения: раствор содер- .жит, мае. ч.: портландцемент 70-80, плагио- дацит 20-30 и воду 70. Сухую смесь портландцемента и плагиодацита затворяют водой. Плотность раствора от 1,53 до 1,67 г/см . При 75°С начало схватывания от 1 ч 20 мин до 1 ч 30 мин, прочность на изгиб от 27,8 до 31,7 МПа. 1 табл.