Тампонажный раствор

 

ТА1 ПОНАЖНЫЙ РАСТВОР, содержащий цемент, конденсированную сульфит-спиртовую барду, бихромат калия или натрия, хлорид кальция и . .воду, о т л и чаю ш и и с я тем, что, с целью снижения тепловыделения и повышения прочности камня, он дополнительно бодержит хлорид натрия при следующем соотношении компонентов, мае.ч.: 1,000 Цемент Конденсированная сульфит-спиртог 0,002-0,005 вая барда Вихромат калия или 0,004-0,010 натрия Хлорид 0,002-0,020 кальция Хлорид 0,040-0,100 натрия (Л 0,320-0,420 Вода

с

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (5Р Е 21 В 33/138

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ" НОМИТЕТ СССР.

fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

0,004-0,010

0,040-0, 100

0,320-0,420 (21) 3407603/22 03 (22) 11.03.82 (46) 15.08.83. Вюл. 9 30 (72) В.A. Прасолов, С.И. Алчина, В.И. Руденко и Н.П. Ушакова (71) Красноярский отдел бурения и испытания скважин Восточно-Сибирского научно-исследовательского института геологии, геофиэики и минерального сырья (53) 622.245.42(088.8) (56) 1 . Авторское свидетельство СССР

Р 927969, кл. Е 21 В 33/138, 1979 (прототип). (54)(57) ТИ ПОНАЖНЫй РАСТВОР, содер.жащий цемент, конденсировайную сульфит-спиртовую барду, бихромат калия или натрия, хлорид кальция и,воду, отличающийся тем, что, с целью снижения тепловыделения и повышения прочности камня, он дополнительно содержит хлорид натрия при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Цемент, 1,000

Конденсированная сульфит-спирто-. вая барда 0,002-0,005

Бихромат калия или натрия

Хлорид кальция 0,002-0,020

Хлорид натрия

Вода

1035196

Изобретение относится к строительству скважин и может быть использовано для цементирования обсадных колонн и установки цементных мостов в открытых или обсаженных участках ствола с пониженной температурой.

Известен та .понажный раствор (1), содержащий цемент, конденсированную сульфит-спиртовую барду (КССБ), бихромат калия или натрия (хромпик1, хлорид кальция и воду при следую- 10 щем соотношении компонентов, мас.ч.:

Цемент 1,000

КССБ 0,002-0,005

Хромпик 0,002-0,005

Хлорид 15 кальция 0,002-0,020

Вода 0,350-0,450

Имея ряд преимуществ перед растворами, применяемыми для цементирования скважин в многолетнемерзлых породах, в частности низкое тепловыделение при затвердевании и высокую прочность камня, известный состав нуждается в изменении свойств в направлении дальнейшего снижения тепловыделения и повышения прочнос,ти камня.

При снижении тепловыделения, со° Ю провождающего процесс твердения цементного раствора, в затрубном пространстве создаются благоприятные условия для сохранения мерзлых пород, склонных к осыпанию при растеплении. Как определено промысловыми экспериментами на Русском месторождении, против пород с обЪемной 35 льдистостью свыше 20% интенсивность тепловыделения не должна превышать

1 ккал/кг ч. Этот показатель для известного раствора равен 1,37 ккал/кг ч, что выше допустимого. 40

В некоторых северных районах

Тюменской области и Красноярского края мощность осыпающихся при растеплении мерзлых пород, развитых а поверхности, достигает 50 м. Для 45 сохранения продольной устойчивости обсадных колонн в этих экстремальных условиях необходимо повышение прочности цементного камня, облегча2 ющего обсадные трубы, до 30 кгс см в двухсуточном возрасте при 5 С. ТаО кой прочности камень на основе известного состава не достигает.

Целью изобретения является снижение тепловыделения и повышение ! прочности камня.

Указанная цель достигается тем, что известный тампонажный раствор, содержащий цемент, конденсированную сульфит-спиртовую барду, бихромат калия или натрия, хлорид кальция и 60 воду, дополнительно содержит хлорид натрия при следующем соотношении компонентов, мас.ч,:

Цемент 1,0О0

Конденсиро- 65 ванная сульфит-спиртовая барда 0кОО2 0 005

Бихромат калия или натрия

Хлорид кальция 0,002-0,020

Хлорид натрия 0,040-0,100

Вода 0,320-0,420

Для оценки свойств тампонажного раствора и оптимизации его состава проведены эксперименты с растворами на основе цемента Стерлитамакского и Чернореченского заводов.

Три состава ингредиентов приведены ниже, мас.ч.

О, 004-0, 010

I II III

1,000

0,002

О, 004

1,000 1,000

0,004 0,005

Цемент

КССБ

0,008 0,010

Хромпик

Хлорид кальция

0,002

0,010 0,020

Хлорид натрия

0,004 0,080 0,100

0,320 0,380 0,420

Вода

Тампонажные растворы готовят путем растворения в .воде последовательно хлоридов натрия и кальция, хромпика, КССБ с перемешиванием композиции в течение 10-15 мин и затворения цемента на растворе перечисленных реагентов.

Характеристика тепловыделения затвердевающих растворов известного и предлагаемого составов приведена в табл. 1.

В ранние сроки (до 40 ч .) удельное тепловыделение в предлагаемом составе ниже показателя по известному на 37-58%, позднее (через

60-100 ч) — на 27-28%, Интенсивность тепловыделения в предлагаемом растворе, равная 0,55 ккал/кг,ч, не превышает регламентируемого значения (1,0 ккал/кг, ч).

Зависимость прочности образцов цементного камня от температуры среды хранения приведена в табл» 2.

Определено, что при пониженной о температуре среды (5 и минус -5 С) прочность образцов данного состава через 2 сут в 1,8-4 раза выше прочности камня по прототипу. При температуре 5 С прочность камня данного состава выше регламентируемого значения (30 кгс cM ).

1035196

В эКспериментах выдержано оптимальное соотношение КССБ и хромпика 1:2. При нарушении этого соотношения отмечается нестабильность параметров раствора, в частности из-. менение растекаемости и сроков схва-. тывания в большую или меньшую сторону на 30-40%.

Прочность камня, затвердевавшего

:при -50Ñ измеряется после растепления образцов в течение 2 ч при

20+20С

Снижение тепловыделения объясняется следующим. Обычно замедленная гидратация вяжущего при наличии в системе КССБ еще более замедляется с вводом хромпика. Это происходит в результате восстановления хрома до иона Cr в щелочной. среде и образования анионных комплексов 5Cr(0H)g ) адсорбирующихся на зернах цемента и новообразованиях. После ввода в систему хлоридов кальция и натрия ионы С входят в комплекс хрома, замещая ионы OH в С (ОН), g . Силы связи хемосорбции образующихся комплексов pCVC8 ) выше, поэтому гидратация части вяжущего прекращается и рост новообразований в системе еще более замедляется.

По сравнению с известным раствором, в предлагаемом, в связи с вводом в него хлорида натрия, содержится повышенное количество ионов

C8 . Очевидно, для формирования большего числа комплексов tOrCt, необходим также повышенный расход хромпика. Этим, а также стремлением к стабилизации свойств раствора, о чем сказано выше, объясняется увеличение добавки хромпика в предлагаемом растворе до 0,010 мас.ч.

10 Рост прочности камня обеспечивается, главным образом, снижением водосодержания в системе. Некоторый прирост прочности на более поздней стадии затвердевания (2 сут и более) вызывается также тем, что образующиеся в растворе комплекеы хрома (Cr (ОН)6 ) и С С участвуют в структурообразовании, обеспечивают повышение сцепления при сращивании гидратных новообразований между собой и с непрогидратированными частицами цемента.

Эффективность испо_#_ьзования дан,ного тампонажного раствора определяется предупреждением случаев не25 герметичности об,дных колонн вследствие потери устойчивости их в многолетнемерзлой толще, верхняя часть которой, мощностью до 50 м, . представлена породами, осыпающимися

® при растеплении, 1035196

Ю

О

Ъ

t

1

О 1 сО 1

Ф I

О

Ц)

< 1

C) Ь

Ю

la о

МЪ

М

I

О

С2 1 г4

3 44

3

3 Х

1 34

РЪ

СЧ

СЧ с

1О

Р1.1 !

О l

3. у". о3

Э 333 о

Ц

° Ф с

% 1

lA

1 с Ф

Г"1

1

О Ф 1

М

О ъ

1О

Ж Э

Э М

3 Ж оо о й.

333 О

СЧ

° Ф с о

1 н

Щ ° а хо

II3

М Е

3 о а оо

3Ц Р\ с.1 1!

ei! 33

I N

OI Ф

gI М

34 Ь

Ц I

1 g 133

3 Itt 4t! ом

) 53, )3I

1 133

1:V 1 й

I Э

1 Н

3 — -

Ф

5 ею МО ао 5о х

О О

Ж о ж

313 и а о а

О Ка

О а О ФО

О с ф с

Х 3!О O

О Ф Ж щ I д3 а

".„Ь 1

1 1

1

1

1

1

1

1

Ц о н о

Ц о о жо

3", O ао

Э с н ч о

5 мо о ы н

Ц Ж

O Itt

3". О оц ко йх хм

Э И йo

1035196

Т а, б л и ц а 2

Прочность камня при изгибе, кгс см, через 2 сут твердения при температуре, О С

Завод-изготови тель цемента 1.ч. °

Водоце

;ментис отноше ние ика

20 5

0,005

0,010

0,010

0,005

0,010

0,010

Стерлитамакский . 0,42 0,000

32,5

17,5

6,0

60,0

0,37 0,040

32,5

11,0

17 5

92,0

48,0

0,32 0,100

4,5

0,42 0,000

0,39 0,040

0;34 0,100.Чернореченский

34,0

15,0

77,0

41,5

15,0 о

18 0

88,0

50,5

П р и м е ч а н и е: Содержание в исходном растворе цемента 1,00 мас.ч., КССБ — 0,005 мас.ч,, хлорида кальция — 0,010 мас.ч., используется цемент после 1 года хранения в складских условиях

Составитель В.Никулин

Редактор Л.Повхан Техред М.Костик Корректор О.Тигор

Заказ 5779/29 Тираж 603 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4