Способ гидрофобизации тампонажных материалов

 

Изобретение относится к производству тампонажных вяжущих. Цель - повышение активности вяжущего при длительном хранении при одновременном повышении прочности. Тампонажный материал смешивают с водорастворимым полимером - понизителем водоотдачи. Затем в смесь вводят гидрофобизирующую кремнийорганическую добавку и перемешивают. Соотношение вяжущего и добавок составляет, мас.%: тампонажное вяжущее 99,4 - 99,7

водорастворимый полимер 0,225 - 0,500

кремнийорганическая добавка 0,075 - 0,100. В качестве вяжущего используют портландцемент и шлакопесчаные смеси. Прочность цементного камня увеличивается более чем 2,5 раз. Потеря активности цемента - не более 3,1% за месяц. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 В 33/138

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕ! 1ИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

0,225 — 0,5 (21) 4499507/03 (22) 01.11.88 (46) 07.07.91, Бюл. 1Ф 25 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по креплению скважин и буровым растворам (72) Л.И.Рябова, Н.А,Мариампольский, A.Ó.Øàðèïî8, И,Д.Новохатская, Г.Н.Лышко и А.С.Шапатин (53) 622.245.42 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 252162, кл. С 04 В 7/16, 1967.

Авторское свидетельство СССР

N- 1257164, кл. Е 21 В 33/138, 1984. (54) СПОСОБ ГИДРОФОБИЗАЦИИ ТАМПОНАЖНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к тампонажным материалам, используемым при креплении нефтяных и газовых скважин.

Целью изобретения является сохранение активности вяжущего при длительном хранении при одновременном увеличении прочности цементного камня.

Способ приготовления тампонажного материала заключается в перемешивании вяжущего с кремнийорганической добавкой и водорастворимым полимером, причем сначала в вяжущее вводят водорастворимый полимер, а затем после их перемешивания вводят крем нийорганическую добавку при следующем соотношении компонентов, мас. :

Вяжущее 99,4-99,7

Водорастворимый полимер

Кремнийорганическая добавка 0,075 — 0,1. Ж, 1661367 Al (57) Изобретение относится к производству тампонажных вяжущих. Цель — повышение активности вяжущего при длительном хранении при одновременном повышении прочности. Тампонажный материал смешивают с водорастворимым полимером — понизителем водоотдачи. Затем в смесь вводят гидрофобизирующую . кремнийорганическую добавку и перемешивают. Соотношение вяжущего и добавок составляет, мас,: тампонажное вяжущее 99,4 — 99,7, водорасворимый полимер 0,225 —.0,500, кремнийорганическая добавка 0,075 — 0,100. В качестве вяжущего используют портландцемент и шлакопесчаные смеси. Прочность цементного камня увеличивается более чем в 2,5 раз. Потеря активности цемента — не более

3,1;, за месяц, 1 табл.

В качестве водорастворимого полимера используют модифицированную метилцеллюлозу или оксихлорид алюминия, или

КРТР, или гипан, а в качестве кремнийорганической добавки — петросил или ГКЖ-11.

Водорастворимые полимеры препятствуют агрегированию цементных частиц в результате создания вокруг цементных частиц вязких, структурованных слоев, обладающих довольно высокой упругостью, что является структурно-механическим барьером для их сближения. Однако поверхность таких слоев гидрофильна. Кремнийорганические соединения, адсорбирующиеся на пленках из водорастворимого полимера, придают поверхности этих пленок гидрофобность. Таким образом, при последовательной обработке достигается получение прочного защитного слоя на поверхности цементных частиц.

1661367

При введении высокомолекулярного полимера в сухую смесь вяжущего происходит взаимодействие его только с некоторыми ионами кальция. Последующее введение гидрофобизатора способствует определенному расположению одна относительно другой остальных функциональных групп полимера и гидрофобизатора. В результате такого взаимодействия наблюдается упрочнение высокомолекулярных полимеров в растворе гидратными новообразованиями и наличие частичек последних в рентгеноаморфном состоянии. Увеличивается прочность структуры камйя. Роль гидрофобиэатора состоит не только в сохранении активности вяжущего, но и улучшении его свойств за счет сохранения полимера и частичного взаимодействия с ним. Гидрофобизирующая добавка покрывает высокомолекулярный полимер и большую площадь вяжущего, усиливая эффект гидрофобизации. Одновременно исключается и пенообраэование, Тампонажный раствор приготавливают следующим образом: обработку цемента реагентами проводят путем смешивания цемента с ними в шаровой мельнице в течение

20 мин при последовательном вводе сначала водорастворимого полимера, а затем кремнийорганической добавки. Материал затворяют водой до растекаемости 20 — 22 см. Из полученного раствора готовят призмы 2х2х10 см, которые затем испытывают, Испытания проводят на тампонажном материале непосредственно после обработки цемента и после хранения его 1 мес в атмосфере влажности 100 .

l1o результатам испытаний определяют потери активности по процентному снижению прочности цементного камня, Оценка сохраняемости тампонажного материала также приводится по данным остатка на сите 0,93 после просеивания необработанных и обработанных водорастворимым полимером и гидрофобизатором проб цемента после хранения его в бумажных мешках на открытом воздухе под навесом. Время впитывания капли определяют по следующей методике 10 rцемента,,обработанного последовательно полимером и гидрофобизатором, после хранения в течение двух суток на открытом воздухе развивают тонким слоем на сухой поверхности и наносят на этот слой несколько капель воды, затем засекают время впитывания капли.

Сравнительная характеристика тампонажного материала приведена в таблице.

Пример 1 (опыт 3). Навеску ПЦ-ДО-50

997 г(99,7%) загружают в лабораторную шаровую мельницу и вводят 2,25 r. (0,225

45 Результаты испытаний".

Процент потери активности, % 2,6

Остаток на сите через

1, 6, 12 мес хранения соответственно, % 0,01; 2,0; 2,0 .

Прочность через 12 мес изгиб / сжатие, МПа 3,72/16,42

Время впитывания капли, мин 178

Пример 3 (опыт 19). Состав тампонажного материала следующий, мас.%:

П ЦТ-ДО-50 99,4, Водорастворимый полимер (ОХА) 0,5

55 мас.%) водорастворимого полимера (ММЦ), перемешивают в течение 10 мин. затем вводят 0,75 г (0,075 мас.%) и перемешивают в течение 10 мин, 5 Готовый материал затворяют водой при в/т = 0,5. Из полученного раствора изготавливают призмы 2х2х10 см, которые твердеют двое суток, и испытывают их на изгиб, а полученные половинки — на сжатие.

10 Испытания проводят на тампонажном материале непосредственно после химобработки и после хранения его 1 мес в атмосфере влажности 100%.

По результатам испытаний определяют

15 процент потери активности по процентному снижению прочности цементного камня.

Процент потери активности составляет

3,1%.Неотработанный и обработанный химреагентами материал засыпают в бумажные

20 мешки и хранят на открытом воздухе под навесом 1, 6, 12 мес., после чего в указанные сроки тампонажный материал затворяют водой при в/т = 0,5, и из полученного раствора готовят призмы 2х2 х 10 см, которые

25 твердеют двое суток, и испытывают их на изгиб и сжатие. Получают прочность изгиб/сжатие 5,1/18,7; 4,62/16,1; 3,62/15,5. В укаэанные сроки также просеивают тампонажный материал через сито 0,93. Получен30 ные остатки на сите: 0,01; 2,0; 2,1%.

Взвешивают 10 г тампонажного материала после хранения в течение двух суток на открытом воздухе, разравнивают тонким слоем и наносят на этот слой несколько капель

35 воды. Засекают время впитывания капли, которое составляет 145 мин.

П риме р2(опыт15), Составтампонажного материала следующий мас.%:

П ЦТ-ДО-50 99,5

40 Водорастворимый полимер (ММЦ) 0,4

Кремнийорганическая добавка (ГКЖ-11) 0,1

1661367

99,7

ШП ЦС-120

Водорастворимый полимер (КРТР)

Кремнийорганическая добавка (ГКЖ) 0,225

0,075

Результаты испытаний:

Процент потери активности, ф, 3,1

Остаток на сите через

1, 6, 12 мес хранения соответственно, % 0,01; 2,0; 2,1

Прочность через 12 мес изгиб/сжатие, МПа 4,9/19,7

Время впитывания капли, мин 141

Пример 5 (опыт 13). Состав тампонажного материала следующий, мас., Ш П ЦС-200

Водорастворимы и полимер (гипан)

Крем нийорганическая добавка (ГКЖ) 99,7

0,225

0,075

Результаты испытаний

Процент потери активности, 3,1

Остаток на сите, 0,01; 2,0; 2,1

Прочность через 12 мес. изгиб/сжатие, МПа 4,7/19,2

Время впитывания капли, мин 141

Пример 6(опыт 27) Состав тампонажного материала следующий, мас.7:

Кремнийорганическая добавка (ГКЖ-11) 0,1

Результаты испытаний:

Процент потери активности, 2,0ф> .Остаток на сите через

1, 6, 12 мес хранения соответственно, 0,01; 2,0; 2,2

Прочность через 12 мес изгиб/сжатие, МПа 3,3/16,10

Время впитывания капли, мин 172

Пример 4 (опыт 12). Состав тампонажного материала следующий, мас. :

99,3

ШПЦС-120

Бодорастворимый полимер (КРТР)

Кремнийорганическая добавка (петросил) 0.584

0,116

Результаты испытаний:

10 Процент потери активности, 2,6

Остаток на сите, 0,01; 2,3; 2,4

Прочность через 12 мес. изгиб/сжатие, МПа 4,5/170

Время впитывания капли, мин 150

15 Как видно из таблицы, тампонажный материал отличается повышенной активностью, прочностью и сохраняемостью при длительном хранении.

Температурный диапазон применения

20 тампонэжного материала определяется видом вяжущего, входящим в его состав, на основе портландцемента до 100 С; Ш П ЦС120 до 160 С; ШПЦС-200 до 250 С.

Применение способа гидрофобизации

25 тампонэжного материала позволяет улучшить свойства цементных растворов и качество крепления скважин.

Формула изобретения

0.075 — 0.100

Способ гидрофобизации тампонажных .материалов, включающий смешение тампонэжного вяжущего и гидрофобиэирующей кремнийорганической добавки, о т л и ч а ю35 шийся тем, что, с целью сохранения активности вяжущего при длительном хранении при одновременном увеличении прочности цементного камня, тампонажное вяжущее предварительно смешивают с во40 дорастворимым полимером — понизителем водоотдачи при следующем соотношении компонентов, мас. :

Тампонажное вяжущее 99,4 — 99,7

Водорастворимый

45 полимер — понизитель водоотдачи 0,225 — 0,500

Гидрофобизирующая кремнийорганическая добавка

1661367 о е! еч

° Ф1 Ф

Ol 44

"Ъ е

СО И Л

° М l ° °

Ф. Сп м е сч

Е4 0

O Ф

ln

Ol l и и о

С0 л сч е и в

0 о и о и °

° ° D

СО Ф л л»» ф м

° .l О

Ф в

О м

СЧ О сч л Ф

О Ч

lC «

СЧ е е м л л Ф о

° ° * °

«Ъ СЪ Е л

° О N л л

С\ С\ мъ

14 ОС

t4 Ф л л л

О СЧ

) е

О а ф е м

О Ф н

С 4

° C0

Ф ° о о е сч

atl л а л -м

0a - ° l4l

Л ЪО о Ф

СЧ е

4 ° мЪ,Ф,Ф

МЪ О а о сч еч л л в

СЧ О сч л и

4 е и

t4 и ф Ch

Л е O м

Ж в

« .Ф и л

И О

O Cl

0 .0

СЧ м

Ф л л л ° л

С4 4 л л

Ф е

МЪ ° Ъ.0 an Е МЪ в е«

t C0 и и о °

° C0

4Ч н е

Ф

ОСЕ е сч

С0 00

СЧ

° Cl

4Ч

«е «о

00 °

СЧ и о о а л о

CO 4 Ъ N л л и е

«« е Ф л в

СЧ С 4

N СЧ л л

С\ Ф

»

О О

ОЪ tt

N л л, Н мг

N е

Ф ме ч

О В

44 Ф atl л о

°и и е мъ Ф о о н м сч о н

° « ° о о

* ° * ° аО О

Е СЧ СЧ СЧ

Ф В Е о ° еч е о о

° ° н .сч и в т

° °

Н СЧ СЧ N е л ,Ф с

ЕЧ N М Н и сч м ф о о о

40 Î Î О сч н сч и о о o o o o

° 1 °, ЕЧ М СЧ И

О Л Ф

° ч °

° ч сч

С! Ф Ф С l

° ° и и

Ф Cl сч м

N и М е

41 Ф

0 с Ъ сч о м о о

0 О О О О О О м ° ° о о о о о о о а о

« о о

О О О О О О О О

° * ° ° ° ° ° о о о î î î oо о о о о о о о о а о о о

1 л Ф

l Ъ 4" Ъ е о о м сч м н сч

Ф Ф

* «

СЧ СЧ N

СЧ О

° Ф «

4\ ° Ъ 41 М о

Сч С Ъ о

СЧ СЧ

М О

СЧ СЧ

СЧ

° °

СЧ СЧ л СО

Н мЪ

4 Ъ СЪ М о о

an an мЪ

4 4 о а о о сч а а м о о

N N и сч

° 0 40 Ф М

О фл

° о в Ф л ф л л

О 00 е л л фл

Ф о

0 t4 е а и о

1 D и е

« ° о о

« о! 1 1

O 1 О 4 Г

I I 1 е

СЧ

t4 а и н н о и а и о

Ф Ф о о е

* а .!

N а

Ф о

1 1 I 1 I I 1 1 I о е

СЧ сч ! 1 О" е

1 а 1 е о

Ф о

1 о

1 1 1 1 о.о е

1 о о

4 O 4 и

D а! а

° »

« о о а а о Ф 4Ф

D а" и е л л а о о а о о и о

« о мЪ «Ъ а о

D О 1 о

1 а

* м

1 о

O !.! D O

03

Оа

О 1 л

« в

1 в 1 и

Оа

1 Оа

С Ъ в I

Оа

8 ! 1

В В1 !

I I 1 л л

O Oa

O Ol

00 03

O О

1 I O Oa

4п оа

Оа

Ф

Оа

Oa I

С Ъ

Оа! 1 Оъ о а

1 .I 1

С l

О Оа

C« .O е и и

° «

Оъ Оъ В

1 1 Оъ О Фъ л

Оъ

Oa I..Ф Ф 0

° °

ОС О Оъ

1 Oa Oa O

4 1

Ol Oa

Ol Оъ 1

Оа

0

OI о м и Ф и Ф е Ф в о сч и

М N N СЧ мЪ O

N СЧ N

4 Со сч сч

N М т И Ф ° Са О

1 Й

«Ф 1 е н с Ъ о ф л л

Со И .СЧ СЪ

Oa t»

ln cn e и е и сч о ф

С ° 4 Ъ 4 Ъ ° е н ф сч и

4 е и в л м н и

« \

Ф

Ф л л ф

И .0

Ф мЪ с0 СЧ еч

»

О СЧ

Е О л н

Ol Oa л л в л

0 М и

° в

C0 ° ч ме Е аО 41

4О 00 л л о

° мЪ И о и

О O м . л л О

Ф Ф с Ъ Cl и СЧ

»» л

441

О O

О Cl ъч О л л л

Ф ° .0 Н