Тампонажный раствор

 

ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР, содержащий портландцементный клинкер, ингибирующую добавку и жидкость затворения , о тличающийся тем, что, с целью повьшения коррозионной стойкости цементного камня с к сульфатной и сероводородной агрессии , он содержит в качестве жидкости затворения 5-10%-ньй водный раствор MgSO при следующем соотношении компонентов , мас.%: Портландцементный клинкер56 ,0-63,0 Ингибирующая добавка 6,0-11,0 5-10%-ный водный раствор MgSO 31,0-33,0 при этом Ингибирующая добавка содержит модифицированные серой окерманит i , мервинит Ca-MgSijOyS и белит Caj SiOjS, а также сульфид сл кальция при следующем соотношении компонентов, мас.%: CZ Окерманит Са2М§8120б5 12,6-60,9 Мервинит CajMgSijO S 12,3-58,7 Белит Ca SiOjS 15,9-16,6 4 Сульфид кальция CaS 9,2-12,8 СХ) ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (д) Е 21 В 33/138

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВ

12,3-58,7

15,9"16,6

9,2-12,8

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3670180/3651207/22-03 (22) 06.10.83 (46) 07.04.85. Бюл. М - 13 (72) О.К. Ангелопуло, Л.Д..Ан, В.С. Бакшутов, М.Я. Бикбау и Б.И. Ну-дельман (71) Московский ордена Октябрьской

Революции и ордена Трудового Красного

Знамени институт нефтехимической и газовой промышленности им. И.N. Губкина (53) 622.245.42(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

1(827440, кл. С 04 В 7/35, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

1(78811, кл. С 04 В 7/05, 1947.

3. Данюшевский В.С. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам. M., "Недра", 1973, с. 125 (прототип) . (54)(57) ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР, содержащий портландцементный клинкер, ингибирующую добавку и жидкость затворения, отличающийся тем, что, с целью повышения коррозионной стойкости цементного камня к сульфатной и сероводородной агрессии, он содержит в качестве жидкости затворения 5-10Х-ный водный раствор

NgSO при следующем соотношении ком° (. понентов, мас.X:

Портландцементный клинкер 56,0-63,0

Ингибирующая добавка 6,0-11,0

5-10Х-ный водный раствор NgSO, 31,0-33,0 при этом ингибирующая добавка содержит модифицированные серой окерманит

Ca>NgSi>ONgS3. 0 8 и белит Са SiO> S а также сульфйд кальция при следующем соотношении компонентов, мас.7:

Окерманит

Са М88з. О $ 12,6-60,9

Мервинит

Ca>NgSi 0>S

Белит Са S iO S

Сульфид кальция CaS

3 1148

Изобретение относится к тампонажным растворам и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности при цементировании нефтяных и газовых скважин в условиях сульфатной 5 и сероводородной агрессии.

Известны тампонажные растворы, в состав которых входят портландцементный клинкер и комплексные добавки хромата калия и солей магния 11). 1п

Известны также тампонажные растворы, содержащие портландцементный клинкер и ингибирующую химическую добавку, в составе которой имеются

1анионы SÎ 1 2).

Недостатком этих тампонажных растворов является недостаточная стойкость цементного камня на их основе к сульфатной и сероводородной агрессии.

Наиболее близким по составу и технической сущности к изобретению является тампонажный раствор на основе портландцементного клинкера (8590 мас.%), ингибирующей добавки (обожженного магнезита 10-15 мас.%) и жидкости затворения (3 ).

Известный тампонажный раствор характеризуется высоким коэффициентом линейного расширения цементного теста при высокой прочности цементного камня. Основное расширение происходит в период пластического твердения и вследствие этого не создает деструктивных напряжений в теле цементного камня. Высокая прочность

35 цементного камня связана с гидратацией окиси магния, получаемой из

0 магнезита обжигом при 700-900 С.

Вследствие низкой температуры обжи40

ra оксид магния является гидратационно активным.

Недостатком известного раствора является низкая стойкость цементного камня к сульфатной и сероводородной

45 агрессии.

Цель изобретения " повышение коррозионной стойкости цементного камня к сульфатной и сероводородной агрессии.

Поставленная цель достигается тем, что тампонажный раствор, содержащий портландцементный клинкер, ингибирующую добавку и жидкость затворения, в качестве жидкости затворе- 55 ния содержит 5-10%-ный водный раствор MgS0 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцементный клинкер 56,0-63,0

Ингибирующая добавка 6,0-11,0

5-10%-ный водный раствор MgSO 31,0-33,0, при этом ингибирующая добавка содержит модифицированные серой окерманит Ca MgSiq0gS, мервинит Ca3MgSi O,S и белит Са SiO> S, а также сульфид кальция при следующем соотношении ° компонентов, мас.%:

Окерманит

Ca Mg Si2 06 S 12, 6-60, 9

Мервинит

Саз Mg 8 i 0 S 12, 3-58, 7

Белит Са Si О S 15,9-16,6

Сульфид кальция

CaS 9,2"12,8

Ингибирующую добавку получают по низкотемпературной солевой технологии обжигом при 1000 — 1150 С в восстановительной среде углерода.

В качестве активатора минералообра зования используется FeS или MgSO< .

Ингибирующая добавка характеризуется высоким содержанием окерманита и мервинита, в кристаллической решетке которых часть атомов кислорода изоморфно замещена на атомы серы. Присутствие ионов серы в кристаллической решетке синтезированных минералов в сочетании с высоким содержанием И8 + позволяет повысить устойчивость минералов к сероводородной коррозии.

Гидратационная активность окерманита и мервинита ниже активности алита и белита портландцементного клинкера, поэтому их гидратация происходит в паровом пространстве цементного камня.

При гидратацйи окерманита и мервинита образуются гидросиликаты типа

С СН, М Б Н, Сэ82Н > которые, откладываясь в порах цементного камня, оказывают кольматирующее воздействие и уплотняют цементный камень.

Белит, модифицированный серой, сульфид кальция (CaS) также обпадают низкой гидратационной активностью, но, имея более высокую стойкость к воздействию сероводорода, усиливают кольматирующий эффект ингибирующей добавки. Приведенный фазовый состав и соотношение минералов s ингибирующей добавке определяют новое свойство цементного камня на основе портландцементного клинкера и ингиоирующей добавки — высокуюкоррозионную стойкость присероводородной агрессии, 20

Таблица 1

Компоненты

С-2

С-3

52 ° 0

47,80

34,10

55 ° 17

27 ° 24

31 ° 00

4,30

4,00

3,95

12,10

11,50

11,16

МЯСО

1,50

1,70

Графит технический

1,48

3 1148

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

Химический состав исходных компонентов для сырьевых смесей приведен в табл.2.

После совместного помола компонентов, приготовленные смеси брикетируют и подвергают обжигу при 1100- 1р

1150 С с изотермической выдержкой

2 ч. В результате обжига иэ каждой смеси получают спеки с различным содержанием синтезируемых минераловокерманита, мервинита, модифицирован- 15 ных серой.

Методами оптического и рентгенофазового анализов определен минералогический состав спеков, который приведен в табл.З.

В табл.4 приведены исследованные составы °

Использование 10Х-ных водных растворов Мя80 в качестве жидкости эатворения повышает гидратационную 25 активность минералов ингибирующей добавки и способствует увеличению коррозионной стойкости цементного камня.

Н р и м е р . Берут 560 г портлаидцементного клинкера и 110 r ,ингибирующей добавки, например С имеющей состав, указанный в табл. 3.

Известняк ахангараиский

Лесе ахангаранскнй

Серный колчедан

975 4

После совместного помола указанных компонентов смесь затворяют 330 r

10Х-ного водного раствора MgSO< .

Затем определяют основные технологические свойства раствора и готовят образцы для определения физико-механических свойств цементного камня н его коррозионной стойкости. Приготовление других составов осуществляется таким же образом и отличается лишь содержанием компонентов.

Результаты испытания приведены в табл.5.

Образцы выдерживаются в 10Х-ном растворе MgSO и среде, содержащей

400 см /дм Hz S при 22 С. Тампонажный раствор имеет следующие основные технологические свойства: рввтекаемость не менее 18 см, начало схватывания не ранее 2 ч, конец схватывания не позднее 8 ч.

Как видно иэ приведенных данных, тампонажный раствор обладает необходимыми технологическими свойствами, а цементный камень на его ооиове имеет высокую коррозионную стойкость к сульфатной и сероводородной агрессии, что дает возможность использовать цементы на основе портландцементного клинкера для цементирования нефтяных и газовых скважин при высокой минерализации пластовой воды ионами Mgz+ 80, Hz S

Составы сырьевых смесей

1148975

Таблица 2

Химический состав (пересчет на 100 мас. Х) Компоненты

Si0z А1г0> егОэ CaO MgO SO> TiC> гО п, п. п

6,34 1,24 0,60 49,22 0,99 0,46 0,1 0,32 73

Известняк

52ю35 12э33 4 ° 66

10,20 3,00 0,17 0,5 4,08 12,71

Лесс

Таблица 3

Содержание минералов в спеке (мас. Х) Минерал

С-2

60, 90

12,30

Окерманит

12,6

58,7

Мервинит

9,20

12,80

15,90

CaS

16, 60

Белит

Таблица 4

Состав, мас. Х

Компоненты

7 8 9

1 2 3

4 5 6

Портландцементный клинкер 56 56 56 59 59 59 63 63 63

Ингибируницая добавка

С, С, С, С„С С, С, С С

11 11 11 9 9 9 6 6 6

10%-ный водный раствор

XgSO, 33 33 33 32 32 32 31 31 31

Серный колчедан х.ч. не менее 98Х основного продукта

MgCO ч.д.а. не менее 97Х основного продукта

Графит технический не менее 90Х основного продукта

36,00

34,50

10,00

15 20

1148975

Состав

Предел Прочности, P g MIB изб

Н Ь 400 см /дм Коэффициент (среда хране- коррозионной ния) стойкости

2,4

2,6

0,85

0,85

3,2

4,6

4,1

2,2

0,85

3,5

0,85

3,3

2,2

2,2

0,85

3,3

0,85

4,2

4,5

2,3

0,86

3,7

0,87

4,0

3,90

2,0

291

0,85

2,8

0,88

3,0

4,0

3,73

1,8

0,86

2,4

0,86

3,6

4,0

Предлагаемый

1,9

2,0

0 85

2,9

0,87

3,6

4,4

4,4

1,7

0,85

2,8

0,85

2,9

Предлагаемый

Время, сут

Раствор 10Х-ного Коэффициент

NgS0 (среда хра- корроэионной нения) стойкости

Таблица 5

1148975

Продолжение табл. 5

Предел прочности, P, МПа

Состав Время, . сут

4,0

4,2

1,4

1,5

2,6

0,86

2,3

0 85

3,6

Известный

3,0

2,9

0,74

3,6

0,71

4,6

4,4

Составитель Л. Симецкая

Редактор Г. Волкова Техред Т.Дуб шчак Корректор E ирохман

Заказ 1840/20

Тираж 540 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1!3035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

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

Раствор 10Х-ного

MgS0 (среда хра нения) циент ионной сти

Н S 400 смэ /дм Коэффициент (среда хране- корроэионной ния) стойкости