Способ получения расширяющейся добавки к тампонажному цементу

 

Изобретение относится к производству вяжущих материалов и может быть использовано при бурении скважин. Цель - придание цементному камню способности к расширению в горячих скважинах. Способ включает обжиг смеси железосодержащих соединений и молотого известняка, взятых в соотношении от 1:1 до 1:2. Обжиг проводят при 1200-1300°С в течение 90-150 мин. В качестве железосодержащих соединений можно использовать железную или чугунную стружку, пиритные огарки. Для приготовления тампонажного раствора добавку вводят в цемент в количестве 3-12 мас.% и затворяют смесь при В/Ц= 0,5.2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„„SU „„1512942

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 1

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4308664/23-03 (22) 23.09.87 (46) 07.10.89. Бкп. ¹ 37 (71) Ташкентский политехнический институт им. А.P. Бируни (72) К.И. Аксенов, Л.А. Сорокин, Л.А. Думаревский и Т.У. Умаров (53) 622.245.42(088.8) (56) Патент США ¹ 3793036, кл. С 04 В 7/02, опублик, 1974.

Данюшевский В.С. и др. Справочное руководство по тампонажным материа- лам. — M. Недра, 1973, с. 125, (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСШИРЯЮЩЕЙСЯ

ДОБАВКИ К ТАМПОНАЖНОМУ ЦЕМЕНТУ

Изобретение относится к производству вяжущих материалов и может быть использовано при бурении скважин.

Цель изобретения — придание цементному камню способности к расширению в горячих скважинах.

Способ включает приготовление смеР си железосодержащих соединений и молотого известняка в соотношении от

1:1 до 1:2 и обжиг смеси при 12001300 С в течение 90-150 мин.

Введение перед обжигом в смесь железосодержащих соединений обеспечивает ускорение реакций образования ферритов кальция, в которых окись кальция находится в связанном состоянии, более полно и надежно препятствует образованию нерасширяющегося гидроксида кальция. (51)4 С 04 В 7 02 Е 2 ВЗЗ 138

2 (57) Изобретение относится к производству вяжущих материалов и может быть использовано при бурении скважин. Цель — придание цементному камню способности к расширению в горячих скважинах. Способ включает обжиг смеси железосодержащих соединений и молотого известняка, взятых в соотношении от 1:1 до 1:2. Обжиг проводят при 1200-1300 С в течение

90-150 мин. В качестве железосодержащих соединений можно испольэовать железную или чугунную стружку, пиритные огарки. Для приготовления тампонажного раствора добавку вводят в цемент в количестве 3-12 мас.F. u затворяют смесь при В/ц = О, 5. 3 табл.

Пример. Дробленый известняк смешивают с металлической стружкой (железосодержащие соединения) при со- Ю отношении компонентов, мас.7: известняк бб, 7; металлическая стружка ЗЗ, 3 . Я

Полученную смесь обжигают при 1200 С Щ в течение 150 мин. После охлаждения ф полученную добавку размалывают в ла- ф бораторной мельнице. В тампонажный цемент вводят ЗЕ добавки, Смесь перемешивают, затем затворяют на технической воде при водоцементном факторе О, 5. Тампонажный раствор и полученный из него цементный камень исследуют на линейную деформацию 3» (расширение, усадку) . Параллельно определяют время схватывания тампонажного раствора. Величину деформации определяют как до начала схватывания, так и после. Время схватыва1512942 ния и величину расширения определя,ют при температурах 80 и 94 С. Параллельно для сравнения проводят исследования с обжигом чистого извест5 няка при тех же условиях и его добавкой (5-10 мас. ) в тампонажный це мент.

Свойства тампонажной добавки приведены в табл. 1. 10

Тампонажный раствор с З -ной добавкой обладает общим расширением

1,7X (из них 0,6 после начала схватывания) при 80 С в то время, как тампонажный раствор с добавкой СаО 15 (обожженного известняка) дает общее расширение в 4,2% но оно происходит до начала схватывания цементного раствора, что не позволяет получить напряженный контакт цементного кам- 20 ня со стенками скважины.

Аналогичные опыты проведены при различных значениях содержания компонентов в добавке, а также при температурах обжига 1000, 1100, 1200, 1300, 1350 С и времени обжига 80,90, t20 150 и 170 мин, Результаты опытов по определению оптимальных содержаний компонентов в добавке и оптимального режима их 30 обработки приведены в табл. 2.

При соотношении кальциевых и железосодержащих соединений в добавке

1:1 (50 мас.X кальциевых и 50 железосодержащих соединений) достаточного 35 количества ферритов кальция, определяющих расширение цементного камня, при 1100 С ни в одном случае не образуется даже при выдержке 170 мин.

Обжиг при 1200 С только с выдержкой 40

150 мин позволяет получить достаточное количество устойчивых соединений

«ферритов кальция . Следовательно, при соотношении кальциевых и железосо.держащих соедйнений менее 1:1 (50- 45

50 мас.%) получить желаемого результата не удается.

Соотношение кальциевых и железосодержащих соединений 3:1 существенного увеличения образования соедине- 50 .ний кальциевых ферритов не вызывает.

Даже при 1300 С и выдержке 170 мин количество ферритов кальция достигает только 91 .. Практически реакция проходит полностью при 1200 С. В то же время при соотношении компонентов

2:1 (66,7-33,3 мас.%) при идентичных условиях количество ферритов кальция почти такое же — 90 .. Увеличение соотношения кальциевых и железосодержащих компонентов выше 2:1 (66, 733,3 мас.%) экономически нецелесообразно.

По данным табл. 2 выбраны оптимальные параметры обжига смеси, которые составили: температура обжига

1200-1300 С, время обжига 90-150 мин.

Аналогичные результаты получены при использовании в качестве железосодержащих соединений чугунной стружки, пиритовых огарков.

При температуре обжига 1200-1300 С получается добавка требуемой инертности, что подтверждают исследования добавки на активность методом гашения.

Результаты исследования приведены в табл. 3.

Из табл. 3 следует, что добавка проявляет свои свойства только после

2 ч пребывания в воде, т .е. после начала схватывания тампонажного раствора, что соответствует требованиям к тампонажным цементам.

Использование расширяющейся добавки к тампонажному цементу, получаемой путем обжига известняка с железосодержащими соединениями, позволяет получать расширяющуюся добавку для скважин с забойной температурой выше 75-90 С в заводских условиях при температурах обжига, характерных для стандартного обжига известняка 1200о

1300 С повысить качество крепления и увеличить межремонтный период "горячих" скважин.

Формула изобретения

Способ получения расширяющейся добавки к тампонажному цементу, включающий обжиг смеси молотого извест- . няка и добавки, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью придания цементному камню способности к расширению в горячих скважинах, смесь обжигают при 1200-1300 С в течение 90150 мин, а в качестве добавки используют железосодержащие соединения при их соотношениях с известняком от 1:1 до 1:2.

1512942

Таблица 1 «е»

Сроки схватывания, ч, мин

Температура, 0С

Расширение, Х

Общее

После начала схватывания

Начало- Конец цемента

80 2

5,0

СаО

2,01 2,45

1,55 2,40

4,2

80 2

3,0

1,7

0,6

4,5

80й2

1,57 2,44

1,52 2,37

1,75

0,8

80+2

5,0

5,3

2,2

10,0 80+2 1,50 2,34

12,0 80+2 . 1,50 2,35

5 0 94+1 1 38 2 20

731

2,8

8,0

3,0

СаО

0,8

3,0 94+1 1,40 2, 18

10, 0 94+1 1,40 2, 20

СаО + Feg0p

1,9

СаО + Ге О

7,4

3,1

Таблица 2

С оот ноше ние компонентов, мас.Е

Время выдержки, мин

° »«

Температура обжига, С

120

170

70 90

СаСОЗ Fe

1350

Образуется жидкая фаза

50 2-4

1300 (1 й1) 1300

5-10 30-50 170-80 80-90

66,7 (2:1)33,3

7-16 36-62 75-84 85-91

25

1300 (3: 1) 1-4 3-11

50

1200 (1: 1) 66, -7 (2: 1) 2-7 7-20 20-30 30-60 4 0-6 5

33,3

1200

10-14 12-26 24-35 34-66 42-71

25

1200 (3: 1) 1-3 2-7

50

1100 (1:1) 1 100

66,7 (2: 1) 2-5 5-12 12-17 17-20 20-30

33,3

4-8 10-16 15-19 18-24 26-34

75

1100 (3: 1) Состав расширяющейся добавки

СаО + Fe О

СаО + Fe О

СаО + Pe 0

СаО + Ре Оз

СаО + Ре Оз

Количество добавки, мас.7 от количества

16-29 51-73 72-84 Образовалась жидкая фаза

12-22 2 1-54 34-59

5-12 8-16 14-23

1512942

Та бли ца 3

Время гашения при температуре обжига, С

1200

Состав

1000 1100

1300 1350

СаО 10-15 с 10-20 с 20-30 с 3 мин 15-20 мин

СаО + Ре О 3 мин 3-5 мин 2 ч 10 мин 4 ч30 мин 4 ч 50 мин

Составитель Л, Бестужева

ТехредЛ.Сердюкова Корректор М. Максимишинец

Редакюер И. Горная

Заказ. 6034/23

Тираж 591

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæroðoä, ул. Гагарина, 101