Тампонажная смесь Советский патент 1980 года по МПК E21B33/138 

(54) ТАМПОНАЖНАЯ СМЕСЬ

1

Изобретение относится к производству тампонажных смесей повышенной плотности, в частности для цементирования скважин при температурах до 200°С, и может быть использовано в нефтегазовой промышленности.

Известна тампонажная смесь на основе шлаков электротермофосфорного и алюмотермического производства ферротитана, содержаш.ее до 7 вес. % гипса 1. В сочетании с ферротитановым шлаком гипс образует расширяющийся компонент - эттрингит, который сразу же при затворении смеси водой обуславливает быстрое ее схатывание. В результате смесь быстро становится непрокатываемой, поэтому она не может быть применена для цементирования скважин при температурах свыше 90°С.

Наиболее близкой к предлагаемой по составу и по технической сущности является тампонажная смесь, включающая кислый доменный гранулированный щлак (45- 75 вес. %), фосфорный гранулированный шлак (20-45 вес. %), щелочной возбудитель твердения (5-10 вес. %) 2.

Основным недостатком указанной смеси является невозможность получить плотность

раствора выше 2 г/см. Кислые гранулированные шлаки имеют плотность 2,8-3 г/см, а фосфорные - 3-3,2 г/см., что при указанных соотношениях компонентов и при водосмесевом отношении, характерном для - шлаковых цементов - 0,35 позволяет получить тампонажный раствор с плотностью не выше 2,0 г/см.

Эта смесь является также недостаточно прочной в ранние сроки. Фосфорные шлаки в своем составе содержат до фосфорного 10 ангидрида Р sPs, который отрицательно влияет на прочность цементного камня в ранние сроки.

Кроме того, эта смесь в продуктах твердения содержит низкоосновные гидросиликаты кальция типа CSH(B), которые явля15ются нестойкими в магнезиальных средах и против коррозии выщелачивания.

Целью изобретения является тампонажная смесь повышенной плотности и прочности на ранних стадиях твердения с высо20 кой коррозионной стойкостью в магнезиальных и сульфатных средах.

Поставленная цель достигается тем, что смесь содержит шлаки производства ферротитана и рафинированного феррохрома при

следующих соотношениях компонентов, вес. %:

Шлак производства

ферротитана45,5-54,6

Шлак рафинированного

феррохрома36,4-45,5

11,елочной возбудитель6,0-9,0.

Тампонажная смесь содержит в своем составе два шлака с высокими плотностями:

.L llJill Л i° 4,64-11,7 1,8-3,67 0,37 - 0,87 66-77,5 0,46-1,35 11,9-27,45 Средний химический состав шлака рафинированного феррохрома следующий: 50-52 9-11 25-26 6-7 0,77-0,88 Шлак Производства ферротитана содержит 70% глинозема (AlgOs), который находится в шлаке в виде высокоактивного, обладающего вяжущими свойствами двуалюмината кальция СаО 2А1}|Оз и в незначительном количестве) в виде еще более активного моноалюмината кальция СаО -А sP. Низкое содержание окиси кальция (4,6411,7) и кремнезема (0,37-0,87) пополняется при добавлении шлака рафинированного феррохрома, который включает СаО 50- 52%, SiO2 25-26%. Наличие высокого содержания глинозема в шлаке производства ферротитана и окиси кальция и кремнезема в шлаке рафинированного феррохрома обеспечивает получение вяжущего алюминатно-силикатного твердения. В шлаке рафинированного феррохрома содержание извести в два раза выше, чем кремнезема. Введение щелочного возбудителя - жидкого стекла, являющегося также кремнеземсодержащей добавкой, способствует связыванию избыточной извести и созданию условий для образования низкоосновных тоберморитоподобных гидросиликатов кальция, устойчивых в щироком интервале температур (20-200°С). Введение щ,елочного возбудителя, например жидкого стекла, способствует также активации щлака. Активация вяжущих свойств происходит в результате того, что щелочь NaOH, содержащаяся в растворе жидкого стекла (Na + НгО - NaOH-i+ SiOa-nH20) хорошо растворима и дисшлак производства ферротитана 3,5- 3,7 г/см, шлак рафинированного феррохрома 3,0-3,2 г/см, которые при водосмесевом отношении 0,225-0,25 при растекаемости 16-18 обеспечивают получение раствора с плотностью 2,15-2,3 г/см.

Шлак производства ферротитана имеет следуюш,ий химический состав: социирует на ОНионы. Гидроксильные ионы ОН, образующиеся в больщом количестве, разрушают полимерную структуру кремнезема в щлаке по реакции с разрывом прочной связи (Si - О - Sj) - Si - О - Si - О - ... -f ОН% - Si -ОН + Si -ОН ч- ..., Б результате чего кремнезем SiO 2 переходит в хорошо растворимую форму, что способствует увеличению реакционной способности шлака и более быстрому протеканию реакции взаимодействия кальция с растворимым кремнеземом с образованием гидросиликатов кальция - носителей прочности цементного камня. Аналогичным образом ион (ОН) способствует разрыву связей в полимере глинозема, входящего в состав шлака производства ферротитана, и увеличивает его реакционную способность, ускоряя реакцию получения продуктов твердения гидрогранатного типа.. Кроме ГОТО, сочетание шлака производства ферротитана со щелочным возбудителем обуславливает образование гидрата окиси, алюминия А1(ОН). Последний представляет собой гелеобразную массу, склеивающую продукты твердения. В процессе твердения эта масса переходит в плотный кристаллический сросток. Быстрый набор прочности, характерный для глиноземсодержащих вяжущих, и присутствие значительного количества в цементном камне геля глинозема обеспечивает камню высокую водонепроницаемость и прочность. Такие цементы отличаются высокой коррозионной стойкостью. Для получения тампонажной смеси проверялись конкретные составы смеси при следующих соотношениях компонентов, входящих в ее состав (вес. %):

Исходные шлаки смешивались в сухом виде, после чего полученная смесь затворялась водой, в которую добавлялось жидкое стекло.

В таблице представлены данные по прочОсновные технологические свойства тампонажной смеси Предлагаемая тампонажная смесь - бесклинкерная. Она образует плотный непроницаемый камень, стойкий в магнезиальных и сульфатных средах, и предназначена для применения в широком интервале температур (от нормальных до 200°С). Кроме того, эта смесь утяжеленная (2,25-2,3 г/см ), она может быть успешно применена при цементировании скважин с аномально высоким пластовым давлением. Наличие в качестве ш,елочного возбудителя жидкого стекла способствует повышению также ее реологических свойств. Тампонажная смесь недорога - стоимость 1 т цемента составляет 26 руб, а 1 т смеси - 13 руб. Экономия на одной скважине составляет около 4 тыс. руб. Формула изобретения Тампонажная смесь повышенной плотности на основе шлаков и шелочного возностям смеси при нормальных и автоклавных условиях твердения, данные сочетания позволяют получить утяжеленное вяжущее при достаточно высоких прочностных показателях. будителя твердения отличающаяся тем, что, с целью повышения плотности, коррозионной стойкости и прочности на ранних стадиях твердения, она содержит в качестве шлаков шлаки производства ферротитана и рафинированного феррохрома при следуюших соотношениях ингредиентов (вес. %): Шлак производства ферротитана45,5-54,6 рафинированного феррохрома36,4-45,5 Щелочной возбудитель твердения6,0-9,0. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 455927, кл. С 04 В 7/14, 1975. 2.Авторское свидетельство СССР № 389046, кл. С 04 В 7/14, 1973 (прототип).