Способ приготовления облегченного тампонажного раствора
Изобретение относится к бурению, в частности к способам приготовления облегченныхтампонажных растворов для крепления скважин в геологоразведочной, нефтеи газодобывающих отраслях при цементировании скважин. Цель изобретен-ия - снижение плотности тампонажного раствора и уменьшение энергетических затрат на приготовление силиката натрия. Способ приготовления облегченного тампонажного раствора вкл ючаетсмешение портландцемента с силикатным материалом, смешанным с водой , причем предварительно готовят силикатный материал посредством нагревания воды и гидроксида натрия до 80-85°С и смешения их с кремнеземсодержащим пылевидным отходом производства алюминиевых сплавов при их массовом соотношении соответственно (1,3-1,6):(0,3- -0,4):(0,8-1,2), а после окончания реакции взаимодействия полученный состав смешивают с водой, портландцементом и кремнеземсодержащим пылевидным отходом производства алюминиевых сплавов при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 40,21-55,34, кремнеземсодержащий пылевидный отход производства алюминиевых сплавов 11,07-26,14, гидроксид натрия 0,28-0,39, вода - остальное. Приготовленный по данному способу тампонажный раствор имеет по сравнению с известными следующие преимущества: меньшие значения плотности и проницаемости, сокращение энергетических затрат. Эти свойства тампонажного раствора позволяют повысить качество крепления скважин. 2 табл. сл с Ы ю 00 Ь vl
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)л Е 21 В 33/138
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
@EOOlOWS мактно е-
° .
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
1 )
К) ,QO (21) 4693325/03 (22) 06,04.89 (46) 23.04.92. Бюл. ¹ 15 (71) Восточно-Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья и Иркутский филиал
Всесоюзного института алюминиевой и магниевой промышленности (72) П.Я. Зельцер, В,И. Чалых, Л.B. Черняховский, В.Н, Сметанин, В.И. Кравченко и
К.С. Елкин (53) 622.245.42 (088.8) (56) Данюшевский В.С. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам; — М.: Недра, 1987, с, 102 — 104, Комплексное применение химических реагентов в бурении; Обзорная информация, — М.: В И Э М С, 1984, с. 24 — 25. (54) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ОБЛЕГЧЕННОГО ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА (57) Изобретение относится к бурению, в . частности к способам приготовления облегченных тампонажных растворов для крепления скважин в геологорэзведочной, нефтеи газодобывающих отраслях при цементировании скважин. Цель изобретения — снижение плотности тампонажного раствора и уменьшение энергетических затрат на приИзобретение относится к бурению, в частности к способам приготовления облегченных тампонажных растворов для крепления скважин, и предназначено для использования в геологоразведочной, нефте- и газодобывающей отраслях при цементировании скважин.
Ы 1728471 А1 готовление силиката натрия. Способ приготовления облегченного тампонажного раствора вкл ючает смешение портландцемента ссиликатным материалом,,смешанным с водой, причем предварительно готовят силикатный материал посредством нагревания воды и гидроксида натрия до 80 — 85 С и смешения их с кремнеземсодержащим пылевидным отходом производства алюминиевых сплавов при их массовом соотношении соответственно (1,3 — 1.6):(0,3—
-0,4):(0,8 — 1,2), а после окончания реакции взаимодействия полученный состав смешивают с водой, портландцементом и кремнеземсодержащим пылевидным отходом производства алюминиевых сплавов при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 40,21 — 55,34, кремнеземсодержащий пылевидный отход производства алюминиевых сплавов
11,07 — 26,14, гидроксид натрия 0,28 — 0,39, вода — остальное. Приготовленный по данному способу тампонажный раствор имеет по сравнению с известными следующие преимущества: меньшие значения плотности и проницаемости, сокращение энергетических затрат. Эти свойства тампонажного раствора позволяют повысить качество крепления скважин. 2 табл.
Цель изобретения — снижение плотно. сти тампонажного раствора и уменьшение энергетических затрат на приготовление силиката натрия.
Способ приготовления облегченного тампонажного раствора включает смешение портландцемента с силикатным матери1728471
15
25
55 алом, смешанным с водой, причем редварител ь но готовят с или катн ы и матер. ал посредством нагревания воды и гидр< ксида натрия до 80-85 С и смешения их с кремнеземсодержащим пылевидным отходом производства алюминиевых сплавов при массовсм соотношении соответственно (1,3 — 1,6):(0,3 — 0,4):(0,8 — 1,2), а после окончания реакции взаимодействия полученный состав смешивают с водой, портландцементом и кремнеземсодержащим пылевидным отходом производства алюминиевых сплавов при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Портландцемент 40,21 — 55,34
Кремнеземсодержащий пылевидный отход производства алюминиевых сплавов 11,07 — 26,14
Гидроксид натрия 0,28 — 0,39
Вода Остальное
Кремнеземсодержащий пылевидный отход производства алюминиевых сплавов улавливается электрофильтрами. Он имеет следующий химический состав,%: Я!0 95;
SiC 2,3; СаО 0,8; ЕегОз 0,6: КгО + NzO 0,9:
Al203 0,2; вода остальное.
При приготовлении тампонажного раствора по предлагаемому способу достигается активация цементно-водной системы за счет образования силиката натрия вследствие химической реакции между гидроксидом натрия и тонкодисперсным кремнеземом. Вследствие того, что реакция является экзотермической, выделяется тепловая энергия, еще более активизирующая систему.
Для получения силиката натрия в настоящее время в промышленности сплавляют кварцевый песок (SION) и гидроксид натрия (NaOH) при 1400 — 1500 С. Такой продукт в воде при комнатной температуре нерастворим. Для возможности использования в различных водных системах данный продукт помещают в автоклавы и под давлением 0,6 — 1,0 МПа и при 120 — 125 С обрабатывают острым водяным паром до получения водного раствора силиката натрия плотностью 1480 — 1520 кг/м, называз, емого жидким стеклом. Только такой водный раствор силиката натрия может использоваться для различных водных Систем, в ТоМ числе и для ввода в тампонажные растворы.
Пример, Для получения облегченного тампонажного раствора по предлагаемому способу взяты пробы тампонажного портландцемента, тонкодисперсный кремнезем — отход производства алюминиевого завода и гидроксид натрия. Одновременно для сопоставления технологических свойств взяты тот же цемент, а в качестве добавки— силикат натрия в виде жидкого стекла заводского изготовления и хлорид кальция.
Приготовление тампонажных растворов по предлагаемому способу осуществляют в следующем порядке. Вначале смешивают воду с гидроксидом натрия и нагревают их до 80-85 С, после чего, помешивая лопаткой, добавляют кремнеземсодержащий пылевидный отход производства алюминиевых сплавов. При этом массовые соотношения компонентов следующие: вода; гидроксид натрия: кремнеземсодержащий пылевидный отход (1,3 — 1,6): (0,3 — 0,4): (0,8-1,2).
Смешиваемые вещества вступают в химическую реакцию с образованием силиката натрия. Вследствие того, что данная реакция идет с выделением тепла, температура смеси возрастает до 105 — 110 С, Затем полученную смесь смешивают с водой затворения, портландцементом и тонкодисперсным кремнеземом и измеряют свойства образовавшегося облегченного тампонажного раствора и формирующегося камня в соответствии с требованиями ГОСТ.
Результаты проведенных работ представлены в табл.1. В этой же таблице приведены данные сопоставительных экспериментов с тампонажными растворами, приготовленными из портландцемента, силиката натрия заводского изготовления, хлорида кальция и воды, Граничные значения содержания компонентов в тампонажном растворе, пригоToBReHHoM по предлагаемому способу, выбраны исходя из того, что при содержании компонентов за указанными пределами ухудшаются. физико-механические или технологические свойства раствора и камня, а также не достигаются цели изобретения.
Например, при содержании портландцемента менее 40,21 мас.% прочность цементного камня меньше, чем допускаемая по стандарту, при содержании портландцемента более 55,34 мас.% плотность больше, чем определено ГОСТ для облегченных тампонажных растворов.
Свойства облегченных тампонажных растворов и цементного камня на их основе при граничных значениях выполнения предлагаемого способа представлены в табл,2.
Известный облегченный тампонажный раствор имеет более высокие значения плотности минимальная 1550 кг/м против
1380 кг/м у предлагаемого, а проницаез мость камня на его основе значительно вы1728471
Растекаемость, сн
Плотность кг/см 5
Содержание компонентов, мас.ь
Опыты
Портланд- КПО цемент
СН
Вода
ХК
ГН
1 г
4
6
8
ll
12
13
14
0,42
0,39
0,38
0,35
0,34
0,33
0,32
0,31
0,30
0,29
0,28
0,27
l8,5
18,0
18,0
18,5
18,0
18,0
18,0
18,0
18,5
18,5
18,0
18,0
19,0
18,5
18,0
1550
60,35 6,04
55,34 11,07
52,71 13,18
50,08 15,02
48,61 17,02
47,24 18,89
45,72 20,58
43,98 21,96
42,Ы 23,43
41,37 24,82
40,21 26,14
39,11 27,38
53,76
51,82
50,00
3,52
3,16
2,72
2,31
1,95
1,61
1,35
1,03
0,94
0,86
0,74
0,61
0,91
0,83
0,72
33,20 33,73
34,55
34,03
33,54
33,38
33,8г
33,66
33,51
33.37
33,24
43,02
44,04
45,00
1,61
2,07
2,50
1,61
2,07
2,50
П р и и е ч а н и е. КПΠ— кремнезенсодержащий пылевидный отход производства алюминиевых сплавов, ГН - гидроксид натрия, СН - силикат натрия, ХК вЂ” хлорид кальция, t 22 С, о
P = 0,1 ППа.
50
55 ше — 1,35.10 мкм против 0,21.10 мкм у предлагаемого.
В приготавливаемом по предлагаемому способу облегченном тампонажном растворе достигается более низкая плотность, 5 снижается проницаемость камня, уменьшаются энергетические затраты на получение силиката натрия.
Низкая плотность тампонажного раствора позволяет использовать его в тех слу- 10 чаях, когда необходимо уменьшить опасность поглощений и гидроразрывов горных пород при цементировании скважин. Уменьшение проницаемости цемент- . ного камня приводит к увеличению его 15 герметизирующей способности, снижает разрушающее воздействие на него агрессивных пластовых сред.
Формула изобретения
Способ приготовления облегченного тампонажного раствора, включающий смешение портландцемента с силикатным материалом, смешанным с водой, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью. снижения плотности тампонажного раствора при одновременном уменьшении энергетических затрат на приготовление силикатного материала, предварительно готовят силикатный материал посредством нагрева до 80-95 С смеси воды, гидроксида натрия и кремнеземсодержащего пылевидного отхода производства алюминиевых сплавов при массовом соотношении соответственно (1,3:1,б): (0,3—
0,4): (0,8 — 1,2), а после окончания реакции взаимодействия полученный состав смешивают с водой, портландцементом и кремнеземсодержащим пылевидным отходом производства алюминиевых сплавов при следующем соотношении компонентов, мас. Д:
Портландцемент 40,21 — 55,34
Крем неземсодержащий пылевидный отход производства алюминиевых сплавов 11,07 — 26,14
Гидроксид натрия . 0,28 — 0,39
Вода Остал ьноеТаблиыа. 1
Прочность через (Проница48 ч, НПа. емость
--- ††- - через на изгиб на сжатие 48 ч, I
10 мкм
5,71 1,04
5,58 0,82
5,26 0,65
4,81 0,43
3,67 0,22
2,59 0,15
2,48 0,09
1,72 0,1г
1,49 0,14
1,22 0,17
1,09 0,21
0,89 0,27
1,32 1,35
1,11 1,78
0,97 2,07
1728471
Таблица 2
Рястекае- Прочность через мость, 48 ч, МПа см на изгиб на сжатие
Содержание компонентов, мас.4
Опыты
Плотность, / 3
Проницаемость через
48 ч, 10 змкмз
При нагреве воды до 80 С
0,39 33,20 1650 18 0 3,14 5,57
0,33 33,54 1540 18,0 1,60 2,58
0,28 33,37 1380 18,0 0,73 1,07
При нагреве воды до 85 С
0,39 33,20 1650 18,0 3,17 5,59
0,33 33,54 1540 18,0 1,62 2,61
0.28 33,37 1380 18,0 0,75
При удельной поверхности кремнезема 600 мм/кг
0,39 33,20 1650 18,0 3,14 5,56
0,33 33,54 1540 18,0 1,53 2,56
0,28 33,37 1380 18,0 0,72 1,06
При удельной поверхности кремнезема 800 м /кг
0,39 33,20 1650 18,0 3,18 5,61
0,33 33,54 1540 18,0 1,63 2,61
0,28 33,37 1380 18,0 0,78
1 55,34 11,07
2 47,24 18,89
40,21 26,14
0,83
0,16
0,22
4 55,34 11,07
5 47,24 18,89
6 40,21 26,14
0,81
0,14
0,19
7 55,34 11,07
8 47,24 18,89
9 40,21 26,14
0,84
0,17
0,23
10 55,34 11,07
11 47,24 18,89
12 40,21 26,14
0,80
0,14
0,18
При соотновениях воды» гидроксида натрия и кремнезема 1,3:0,3:0,8
33,20 1650 18,0
33,54 1540 18,0
33, 37 »80 18, 0
13 55,34 11,07
14 47,24 18,89
15 40,21 26,14
3,16 5,58
1,61 2,59
0,74 1,09
0,82
0,15
0,21
0,39
0,33
0,28
При соотноьениях воды, гидроксида
1;6:0,4:1,2
33 20 1650 18>0
33,54 1540 18,0
33,37 1380 18,0 натрия и кремнезема
3,17 5,59
1,62 2,60
0,75 1 1,10
16 55.34 11,07
17 47,24 18,89
18 40,21 26,14
0,80
О, 14
0,20
0,39
0,33
0,28
35
45
Составитель Л.Бестужева
Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Л.Патай
Редактор И,Горная
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
Заказ 1389 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
