Тампонажный раствор

 

ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР, содержащий хлорсиликатньй или силикатньш клинкер, минеральную добавку и жиду кость затворения, отличающийс я тем, что, с целью повышения коррозионной стойкости цементного камня к хлормагнезиальной агрессии, он содержит в качестве жидкости затворения отработанный буровой минерализованный праствор с конденсированной твердой фазой с 10-15%-ной концентрацией MgCl2 при следунядем соотношении компонентов, мас.%: Хлорсиликатный или силикатный клинкер 53-57 Минеральная добавка 6-11 Отработанный буровой минерализованньш раствор с конденсированной твердой фазой с 10-15%-ной концентрацией MgClj,36-37 при этом минеральная добавка содержит с ® окерманит Caj MgSij,, мервинит CajMgSi O Cl и белит , (Л модифицированныехлором, хлоралюминат и Са,А1 Ojj Cl2 и гидратационно активные СаО и MgO при следующем соотношении компонентов, мас.%: Окерманит Ca2MgSi 04Cl2 9-35 Мервинит Ca3MgSi 07Clj 21-45 Белит Ca SiOjClj 19-33 4 Хлоралк 1инатСа А1 0з5С12 9-12 00 Гидратационно активные СаО и MgO8-9

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) (5ц E 21 В 33/138

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

8-9

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbfTHA (21) 3651322/3651595/22-03 (22) 06.10.83 (46) 07.04.85. Бюл. № 13 (72) О.К. Ангелопуло, Л.д. Ан, В.С. Бакшутов, M.ß. Бикбау и Б.И. Ну.дельман (71) Московский ордена Октябрьской

Революции и ордена Трудового Красного Знамени институт нефтехимической и газовой промышленности им. К.М.Губкина (53) 622.245.42(088.8) (56). 1. Авторское свидетельство СССР

-№ 256592, кл. С 04 В 7/35, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

¹10i1856, кл. Е 21 В 33/138, 15.04.83 (прототип). (54) (57) ТАМНОНАЖИЦЙ РАСТВОР, содержащий хлорсиликатный или силикатный клинкер, минеральную добавку и жидкость затворения, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения коррозионной стойкости цементного камня к хлормагнезиальной агрессии, он содержит в качестве жидкости затворения отработанный буровой минерализованный ; раствор с конденсированной твердой фазой с 10-15Х-ной концентрацией МяС1 при следующем. соотношении компонентов, мас.7:

Хлорсиликатный или силикатный клинкер 53-57

Минеральная добавка 6-11

Отработанный буровой минералиэованный раствор с конденсированной твердой фазой с 10-15Х-ной концентрацией М8С1 36-37 при зтом минеральная добавка содержит окерманит Са MgSi О Cl, мервинит PQ

СазМКБ4 Cl " белит CaòSiOçCl модифицированные хлором, хлоралюминат н Са, А1„0, С1 и гидратационно активные СаО и NgO при следующем соотношении компонентов, мас. 7:

Окерманит Са М8Si О С1 9-35

Мервинит Ca>NgSizO C1 21-45

Белит Са SiO Cl 19-33

Хлоралюминат Са, А1,.0 С1 9-12

Гидратационно активные

СаО и МяО

4 11489

Изобретение относится к тампонажным растворам и может быть использовано при цементировании нефтяных и газовых скважин в условиях хлормагнезиальной агрессии.

Известны тампонажные растворы, в состав которых входит портландский цемент и в виде добавок - слабообожженная известь или окись магния, бентонитовая глина, Указанные тампонажгные растворы обладают повышенной термостойкостью и большой величиной линейного расширения цементного камня (13.

Недостатком указанных растворов является низкая стойкость в агрессивной среде хлористого магния.

Наиболее близким к изобретению по составу является тампонажный раствор на основе хлорсиликатного или силикатного клинкера, минеральной добавки и жидкости затворения j2).

Недостатком известного раствора является невысокая стойкость цементного камня иа их основе в растворах хлористого магния. Вследствие того, что степень коррозии цементного камня зависит от концентрации ионов магния и хлора в агрессивной среде, то введение в состав цемента окиси

30 магния не обеспечивает достаточной

-коррозионной стойкости цементного камня, Хлорсиликатные тампонажные растворы характеризуются высокой гидратационной активностью, а с добавлением гипса и извести — большим линейным расширением цементного теста.

Основные минералы хлорсиликатиого клинкера отличаются от портландцементного тем, что в своей кристалли4О ческой решетке содержат ионы хлора.

Эффект расширения связан с гидратацией окиси кальция, при этом основное расширение происходит в период пластического состояния цементного

45 теста до образования твердеющей структуры цементного камня.

Недостатком хлорсиликатных тампонажных растворов является недос" таточная коррозионная стойкость цементного камня при хлормагнезиальной агрессии. Вследствие того, что скорость коррозии цементного камня зависит от концентрации ионов магния 55 и хлора в агрессивной среде, то наличие хлора в кристаллической решетке основных вяжущих минералов хлорсиликатного цемента несколько замедляет коррозию цементного камня, но не значительно.

Цель изобретения — повышение коррозионной стойкости цементного камня к хлормагнезиальной агрессии.

Поставленная цель достигается тем, что тампонажный раствор, содержащий хлорсиликатный или силикатный клинкер, минеральную добавку и жидкость затворения, в качестве жидкости затворения он содержит отработанный буровой раствор с конденсированной твердой фазой с 10-15Х-ной концентрацией MgC1 при следующем соотношении компонентов, мас.7:

Хлорсиликатный или силикатный клинкер 53-57

Минеральная добавка 6-11

Отработанный буровой минералиэованный раствор с конденсированной твердой фазой с 10-15Хной концентрацией М С1 36-37 при этом минеральная добавка содержит окерманит Са Мя$г. О Cl, мервинит

Ca>MgSizO C1> и белит CazSi0>Cl >, модифицированные хлором, а также хлоралюминат Ca,„À1„+O СаС1 и гидратационно активные СаО и MgO при следующем соотношении компонентов, мас.X.:

OKBpNaHHT CazMgSizOgC1z 9-35

Марвенит СазMgSiz07С1 21-45

Белит Са SiO C1 19-33

Хлоралюминат СаиА1„ О СаС12 9-12

Гидратационно активные

СаО и MgO 8-9

Минеральную добавку получают по низкотемпературной солевой технологии при 1000-1200 С, а в качестве активатора минералообраэования используется

CaCiz или MgClg .

Минеральная добавка характеризуется высоким содержанием окерманита и мервинита, которые существенно отличаются от аналогичных минералов в шлаковых отходах металлургических производств тем, что в их кристаллической решетке часть атомов кислорода замещена на атомы хлора. Такое замещение вызывает более высокую гидратационную активность минералов. Высокое содержание окерманита и мервинита, модифицированных хлором, в минеральной добавке позволяет повысить стойкость цементного камня к хлормагнезиальной коррозии.

30 з 11489

Гидратационная активность мервинита и окерманита ниже активности алита и алюминатов кальция в портландцементном и хлорсиликатном клинкере, поэтому их гидратация происходит в порах сформировавшегося цементного камня, при этом образуются гидросиликаты типа С $Н, М Б Н, Сэ Б Н .

Гидратационно активные оксиды кальция и магния обеспечивают расширение цементного теста в период пластического твердения, образующиеся при этом оксихлориды магния, гидрат кальция и брусит также оказывают кольматирующее действие.

В табл. 1 и 3 приведены составы сырьевых смесей и фазовый состав спеков.

Приведенные составы сырьевых смесей являются оптимальными исходя из общего содержания окерманита и мервинита в спеке. Отклонение от этих пределов приводит к снижению содержания мервинита и окерманита в спеке . и увеличению гидратационно активных оксидов кальция и магния, которые увеличивают коэффициент линейного расширения цементного теста, но не значительно влияют на коррозионную стойкость.

Химический состав исходных компо. кентов сырьевых смесей дан в табл.2.

После совместного помола компонентов приготовленные смеси брикетируют и подвергают обжигу в электрической печи при 1000-1200 С с изотер35 мической выдержкой 2 ч. После обжига получают соответственно спеки С-1, С-2, С-3 с различным содержанием окерманита и мервинита .(табл.3)..

Фазовый состав спеков по данным рентгеновского количественного анализа приведен в табл.3.

Повышение коррозианной стойкости цементного камня связано с высоким содержанием окерманита и мервинита, 45 модифицированных хлором, в минеральной добавке. Их гидратационная активность выше, чем у природных аналогов, но ниже активности алинита и хлоралюмината кальция в хлорсиликат- 5О ном клинкере. Поэтому их гидратация происходит в поровом пространстве сформировавшегося цементного камня, 74 4 при этом продукты гидратации заполняют поры цементного камня и оказывают кольматирующее действие.

Использование минерализованных буровых растворов с конденсированной твердой фазой, с 10-15Х-ной концентрацией NgC1, в качестве жидкости затворения ускоряет гидратацию мервинита и окерманита, снижает водоотдачу тампонажного раствора.

Исследованные составы приведены в табл,4.

Пример 1. Берут 530 г хлорсиликатного клинкера и 100 г минеральной добавки, например спек С

1 имеющий состав, приведенный в табл.3.

После совместного помола укаэанных компонентов смесь затворяют 360 r отработанного минерализованного раствора с конденсированной твердой фазой (гидрогель магния) с 1ОХ-ной концентрацией MgC1> . Затем определяют основные технологические свойства раствора и готовят образцы для определения физико-механических свойств цементного камня и его коррозионной стойкости.

Приготовление других составов осуществляется таким же образом и отличается лишь содержанием компонентов.

Результаты испытания образцов цементного камня приведены в табл.5.

Образцы. выдерживались в 10Х-ком растворе NgC1> при соответствующей температуре, а также в 15Х-ном растворе МяС1 (пример 10).

Тампонажный раствор обладает при этом следующими технологическими свой. ствами: плотность 1,73-1,8 г/смз,растекаемость 19-22 см, начало схватывания 1 ч 55 мин — 3 ч 40 мин, конец схватывания 2 ч 35 мин — 5 ч 30 мин.

Как видно из. табл.5 цементный камень на основе разработанного тампонажного раствора обладает достаточно высокой прочностью на изгиб и необходи-. мой коррозионной стойкостью.

Таким образом, предлагаемый тамцонажный раствор может быть использован для цементирования соленосных отложений, содержащих пропластки галита, карналита, бишофита.

1148974

Таблица 1

Составы сырьевых смесей

Компоненты

М-2

M-1

M-3

41,0

44,4

38,5

Известняк ахангаранский

Лесс ахангаранский

3 1, 0

34,5

28,7

22,8

18,0

12,1

10,0

10,0

9,0

СаС1

Таблица 2

Химический состав

Компоненты п ° + ° п °

Al О . Fe О СаО Mg0

6,34 1,24 0,60 46,2 0,99 0,46 О, 1 0,32 40,73

52,35 12,33 4,66 10,2 3,00 0,17 0,54 0,08 12,67

Известняк

Лесс

MgCO ч.д.а. не менее 977. основного продукта не менее 95% основного продукта

Таблица 3

Минералы

С-2

С-3

Окерманит

9,0

19,0

36 0

45,0

Иервинит

30,0

21,0

Велит

33,0

23,0

Хлоралвминат

Гидратационно активные Са0 и MgO

9,0

10,0

12 0.8,9

8,0

9,0

СаС1> технический

Содержание минералов в спеке, мас. 7

1148974

Таблица 4

Состав, мас.Х

Компоненты

6 7

Вяжущее

53 53 53 . 55 55 55 57

57 хлор- сили- хлор- силн- хлор- сили- хлор" силисили- кат- силн- кат- силикатный катный кат- ный катный катHblH катный цемент цемент цемент цемент цемент. цемент цемент цемент

Минераль- 11 11 11 8,5 8,5 8,5 6 6. 6 ная добавка C„ C> С C„ C> С С„ С С>.минерализованные

36 36 36 36,5 36,5 36,5 37 . 37 37

Отработанные растворы с 10%ной концентрацией

MgC12 ный цемент

J хлорсиликатный

1148974

Таблица 5

Коэффициент коррозионной стойкости при темпе- ратуре, С

Прочность на изгиб, ИПа

Состав

60 С

22 С

2 сут 7 сут 28 сут

2 сут 7 сут 28 сут

5,60 0,86

5,00

4,80

3,90

0,85

3,60

5у00 0,86 . 0,85

3,20

4,70

4,70

3,20

3,80

6,10 0,86

4,05

5,20

0,86

5,25

2,50 4,40 4,60

0,87

3,55

0,85

2,80

3,60 4, 70

6,00

0,90 0,85

4,70

3,90

4,,50 0,87

0,85

3,20

4,10

3,70

2,40

3,70

3,20 4,10 4,50

0,87

4,10

0,91

2,60

3,80 4,20 0,89

4,20 5 00 0,90

2,20

3,30

0,85.4, 00

3,00

0,86

3,70

4 10 4,60

4,80 5,25

5,80

0,98

0,86

На основе силикатного клинкера . 2,0

2,2 3,0 4,2

2,3

3,1

Обра- Образец зец раз- разрушаетрушает- ся ся

На основе хлорсиликатного клин кера 3,1

4,3

4,4 4,7

3,4

5,2

0,83 0,8

1 3,00

2 2,60

3 2,70

4 2,40

5 2,80

6 2,50

7 240

8 2,00

9 2,20

10 3,20

ВНИИПИ Заказ 1840/20 Тираж 540 Подписное

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