Расширяющийся цемент для цементирования скважин

 

РАСШИРЯРЦИЙСЯ ЦЕМЕНТ ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН, включающий вяжущее, наполнитель и расширяющую добавку, отлич аюциАся тем, что, с целью повышения надежности герметизации заколонного про .странства путем придания цементному камню равномерного расширения по всему зацементированному интервалу ствола скважиШй в интервале . температур 22-200 с, в качестве расширянхцей добавки он содержит пылеунос вращающихся печей обжига магнеГзита при следующем отношении компонентов . мае. ч.: Вяжущее50-95 На полнитель 5-50 Л ; Пылеунос , (Л вращанхцихся печей обжига с магнезита 10-30

„„SU„„1046481 А

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН цд) Е 21 В 33/138

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ, НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

t с

::< =".:" AY, .;,"

>ч !

ОПИСАНИЕ И3ОБРЕТЕНИЯ мотак

Й ASTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

10-30 (21) 3460468/22-03 (22) 06.04.82. (46) 07.10. 83. Бюл. В 37 (72). В.С. Данкшевский, Ю.Т. Кадыров, .. Н.Х. Каримов и ht.Ì. Рахнмбаев .(71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени институт нефтехимической и газовой промиаленности им. И.М. Губкина (53) 622.245.42(088 ° 8) (56) 1". Данюшевский С.И. и Лиогонькая P.И. Расширяющийся тампонажный цемент для газовых скважин. - "Це-.. мент", 1966, М 2.

2. Данюшевский В.С. Пути получения расширяющихся тампонажных цементов для газовых скважин. — "Газовая промыаленность", 1973, Р 11.

3. Авторское свидетельство СССР

В 256592, кл. С 04 В 7/35, 1967 (прототип). (54) (57) РАСШИРЩПЦИЯСЯ ЦЕМЕНТ ДЛЯ

ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН, вклшчакиций вяжущее, наполнитель и расширякщую добавку, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности герметизации заколонного пространства путем придания цементному камню равномерного расширения по всему зацементированному интервалу ствола скважины в интервале температур 22-200 С, в качестве расширяющей добавки он содержит пыле унос врацающихся печей обжига магне:зита при следующем отношении компонентов. мас. ч.: . Вяжущее 50-95

Наполнитель 5-50

Пылеунос вращакццихся печей обжига магнезита

1046481

Изобретение относится к глубоко-; му бурению, в частности к составам для цементирования скважин, повышающим герметичность заколонного пространства, и может использоваться в нефтяной и газовой промышленнос- 5 ти, геологической разведке, при добыче геотермальной энергии, подземной газификации твердых топлив, гидроизоляционных работах и в шахтном строительстве. 10

Известны расширяющиеся цементы для цементирования буровых скважин с добавками магнезита и доломита, обожженных при 900-.1100 С (продуктом обжига являются оксиды магния и кальция (1 7.

Такой расширяющийся цемент рекомендуется применять в скважинах на забое при 20 — 75 С. При более о высоких температурах расширение незначительно. .20

Известен расширяющийся цемент, содержащий оксид магния, обожженный при 1200-1300ОС,.который рекомендуется применять в интервале температур 120-180 С. Такой оксид 25 магния в количестве до 36% содержится в хроматном шламе — отходе переработки хромовой руды. Применение хроматного шлама в качестве расширяющейся добавки позволяет .получить расширяющиемя цементы для цементирования скважин в указанном выше интервале температур (2 ).

Определенная температура обжига оксида магния предопределяет ограниченный температурный интервал эффективного расширения цемента для цементирования буровых скважин. Однако в температурном интервале 75

120 C H t (180 C ) ни один из указанных расширяющихся цементов

40 не даст равномерного расширения по стволу скважины.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является расширяющийся цемент для цементи- 45 рования скважин, содержащий в своем составе портландцементный клинкер — вяжущее вещество, гипс и бентонитовую глину — наполнитель 7

10 вес. % обожженного магнезита расширяющей добавки (3 ).

Температура обжига магнезита (оксида магния не оговаривается, так как в каждом конкретном случае температура обжига выбирается наиболее соответствующей температуре цементирования конкретной скважины.

Однако при закреплении обсадных колонн в скважине цементируется интервал ствола большой длины, и в данном интервале температура не- 60 прерывно и плавно изменяется от минимального до максимального значе.ния.

Таким образом, добавка оксида магния, обожженного при определенной б5 температуре, наилучшим образом соответствует только части интервал:. цемен тиров ан ия . Если температура обжига выбирается в соответствии с нижней частью ствола скважины, то в вышележащих интервалах наблюдается замедленное расширение, а в верхних — недопустимо замедленное.

В результате неравномерного расширения произойдет растрескивание цементного камня.

Если температура обжига выбирается в соответствии с температурой верхней части ствола скважины, то гидратация оксида магния в нижней части ствола скважины с более высокой температурой произойдет слишком быстро, до затвердевания цементного камня, не вызвав его расширения или вызвав очень незначительное расширение. В результате неравномерного расширения по стволу скважины не будет осуществлена надежная герметизация заколонного пространства. Цель изобретения — повышение надежности герметизации заколонного пространства путем равномерного расширения по всему зацементированному интервалу ствола скважины в интервале. температур 22 — 200 С.

Поставленная цель достигается тем, что расширяющийся цемент для цементирования скважин, включающий вяжущее, наполнитель и расширяющую добавку, в качестве последней со-держит пылеунос вращающихся печей обжига магнезита при следующем отношении компонентов, мас.ч.:

Вяжущее

Наполнитель

Пылеунос вращающихся печей обжига магнезита

50-95

5-50

10-30

Пылеунос вращающихся печей обжига магнезита содержит 10-20% магнезита, вынесенного из участков по длине печи, в которых еще.не произошло разложение карбонатов и 75-85% оксидов магния, вынесенных иэ различных участков по длине вращающейся печи.

Температура обжигаемого материала по длине вращающейся печи возрастает плавно и непрерывно до .

1600 С. Вследствие этого в пылеуносе содержатся частицы оксида магния, обожженные при всех температурах, наблюдающихся по длине вращающейся печи. Каждому бесконечно малому температурному интервалу соответствует бесконечно малая доля обожженного при данной температуре материала.

В табл. 1 показано содержание обожженного оксида магния в брыле»

1046481 уносе в зависимости от .температурного интервала.

Т а б л и ц а 1

Содержание оксида магния в пылеуносе, Ъ

Температура обжига, С

800-1100 ,1100-.1400

1400-1600

28-46

14-32

7-15

При цементировании скважины до устья в верхнем интервале при невысоких температурах расширение обеспечивается слабообожженным ок аидом магния из близких к "холодному" концу участков вращающейся печи.

Если скважина достаточно большой глубиНЫ имеет интервалы с более высокой температурой, то в этих интервалах слабообожженный оксид магния гидратируется слишком быстро, не вызывая расширения. Но в этих 30 интервалах расширение вызывается оксидом магния, обожженным при более высокой температуре.

Таким образом, в каждом бесконечно малом темпеРатуРном интеРвале 35 по стволу скважины в цементном камне оказывается некоторое количество оксида магния, обожженного при наиболее благоприятной для данных условий температуре, Присутствие оксида магния, обожженного при различной температуре, способствует равномерному расширению, во времени. Расширяющийся цемент получают смешением,или совместным помолом вяжущего вещества, наполнителя и расширя.ющей добавки..

В табл. 2 показаны свойства расширяющегося состава цемента при различной температуре твердения в автоклаве,. B примерах 10 и 11 расширяющая добавка дана в количестве, выходящем. за пределы оптимальных значений. Как следует из табл. 2, при содержании расширяющей добавки менее 10 мас. ч . не,обеспечивается необходимая для герметизации скважины величина расширения, при .со держании добавки более 30 мас.ч. возможно нарушение сплошности цементного камкя иэ-эа слишком большого расширения.

Как следует из табл, 3, при введении в качестве расширяющейся добавки каустического магнезиального порошка, температура обжига которого 800 С, расширение цемента при

75 С и 180 С недостаточно, а при использовании в качестве. расширяющей добавки металлургического магнеэитового порошка с температурой обжига 1600 С при температуре в сквао жине 22 С и 75 С происходит черезмерно большое расширение в поздние сроки, вызывающее снижение прочнос ти цементного камня.

1(. 146481!

I

I <Ч

1

1

<Ч, <П Ч< с с

<Ч <Ч <Ъ (Ч с

%-<

o

<"Ъ Ч

<Ч ч-< с

Ю г

I (Ч <Ч с с

О О с (H

<(Р э о с

Э с х э х

Э X

С4 Э гЧ CO <Ч с с с

<Ч <Ч г (<О <О с с

< ) Ф

< Ъ <Ч Ф с с с.

\ < Г Ъ %3

1

1

l

CO с с чЧ <Ч < (С0 с

<Ч Ф с о а

<О (Ч с с

< Ъ <( (ч о <-< с с с

< Ъ чф (:; I

aC! I

Ф" ((t I

Р< I

1 с

Э ф с

ЖЭ I 00

4Х I <Ч

Э

Ь I

В Э !!< !< ! °,1 3

Д >а1 ,(! u 1

° ñ

VCl ои хо

3o 3 34 I

CO <сЪ

<О

<л

<(Ъ тЧ

CO aA

<О

<О!

l .о

Я <О

<Ч <О ((ъ о о т< РЪ

I I 1

<Ч <Ч. а о

< о

I . I

<Ч <Ч

an aA

° Ф сЧ

1 I! < Ъ

aA an

<О

an o т4 <9

< (< Ъ

ltl 1 . 1

5w

Х-1 О

tC g I B

ФХ 1 Ф

u ((t

I М

I

) .

I

1 о «ъ. (л

РЪ Ф 3

I t l гЧ <.< <Ч

an o о

I 1

ЧР <Ч о

РЪ

<О

1 !

I !

1 ((Ъ (с

<Ч (A (Ч 1. о о

CO.О ч< (Ч

О О ((Ъ о <о г(Ч аЧ

М 1.

Ф Э А

41<1

ХоЭо

ДО И 3

an <Ъ O

<Ч. <Ч (Ч

О (О Ч (Ч е1 <Ч

СЧ

1

I Э оа; oх цЭЭхх

353 о5

1

1

I ю an an с с с о о о

an iA с с .о о

an с

iA Ф Ф с с М о о ю аА с о

° Ф с

Ю о о

<Ч < Ъ о о о гЧ <Ч < ) о о

<Ч . < ) I .<-(I

Ю", ех5э х х !< д ь o o аЧ т< <-< о о

an <(Ъ ь

I

I

I !

1 о о .о

<и о о ((Ъ (A

1

0< И и I

Ф х

Ct(g 1

Во

4 1

I I

ЭМОЮ *-а МЭ

Р< K+IC5 W!(! ЙФ

1 ° - l;139

333v33x

<ч о <о <л

<О . <О Ф <О ((Ъ an О О тЧ Ф < 3

1 1 1

<Ч . ч.1 а-1 «-(«) сФ an . <Р W CO 6\

1046483, I

I

I 1

an а-4 с-СС о о с н сЮ з о

Э с

Х Ф х х

Э х а Ф х

Б Э и н ф

С1 Ф -! ч-1 с н о о! ! ф

1

N

I

Р4 и 4 о, о

1 ! Х I

1 4 Ф

1 m! х щ.х н

0 «»! бсЧ O и щ о н с

vve о с х хых

1 СЧ

1

Ф о

1 1 1 1

2Х! Е

1 Н Х Х

ezlо

1 щ I 4

I Х 1 о an o

С Ъ Ct РЪ

1 I 1

1 Ъ . СЧ

-! о

СЪ !СЪ О

- Ч б С Ъ

Ю ч-С

Х Х 1 Ц х.х! м оЪХ б

0 Ю 1 Э

Um lZ о

CO ь

fvI

СЧ

oU

Е.ю сЧ an

СЧ ф

%-4

СЧ л

I lt!

1 ttl Э Щ

cн!н

>оео

° -1 1(Ч Ch

N СЧ r4 аеео

Ct0It:X

1 .! e а ох еехх щоне н цо3

1 о

Ц о

1

an an м с о о о

М

1

o e е х

Х ttI

H Е о ь х

taI Х

It: ы

1 о но

Х 0а

m o

Э 3»

Geeõ езо

X It1 3

1 . I

1 1 I 1

I аО

1 lt, Ц

1 0, 1 ! х м tt!. ! Бох

° !.ОХЩ1

I (б (б сб

I 0t gt0

Π— — — -4

«б! м

X I

1Ое ! !бн с ф

М1жх н 1

z 1 3

Ф 1 Ф 1 I

Е 1 Э Н 1 ! цо Е 1

I K 8 I ! 1t. eO

103щщ I ! !

1 аc :» х

1:,х

1; о е. э н э х

g 4 о

СЧ

1 о н о х н

td х х ф Ц ф Г. о

Э

1 н

I Х сб Э

1 Е н э

01 И оц

1 I ф Э

С X н е

eo

Сб Х!б

Ихх .ххс4 н ц х х х

I Х оз

0 И оа о .!С И

5 о о

Й

Я

3! СС>

1 <Ч 1

I I

1 1

I 1

Π— — —

l 1

1 1 л

I 1

1 — — -

I ! 1

СО 1

СЧ

1 I

I I

1 1

1 л 1 ! 1

1 1

1 1

Q ttI и

C.y (б ХU

;! о а Хо щ Фао о о и ою най m хоее в1:на

Ф

ы а о

ССЪ Д Я 3 СЧ гЧ С Ъ

СЧ а о

СЧ о о

СС! СЧ

° -С СФ"7 а ССЪ

N N

an

Ю ь о

an о о а ССЪ alt . an

1046481

Составитель В. Гришанов

Редактор A. Козориз Техред С.Мигунова Корректор В. Бутяга 3s

Эаказ 7691/34 Тираж ф03 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Предлагаемый расширяющийся цемент содержит в своем составе в качестве расширяющей добавки отход производства — дешевый недефицитный продукт, который универсален по виду вяжущего материала (в сочетании с данной добавкой могут применяться любые из известных тампонажных вящующих материалов ).

Достаточно равномерное по стволу скважины расширение обеспечивается в широком. интервале температур

20-200 С. Расширяющаяся добавка в виде пылеуноса вращающихся печей обжига магнезита не влияет на другие технологические свойства тампонажного раствора и цементного камня. утилиэируя отходы — пылеунос, изобретение способствует решению проблем по охране окружающей среды.

Изобретение позволяет улучшить гер1е.тиэацию эаколонного пространства, 10 что также..улучшает естественную среду, окружающую человека, так как предотвращает газопроявления.