Расширяющийся тампонажный материал

 

Сущность изобретения: тампонажный материал содержит;, в мэс.%: портландцемент 73,5-84; гипс 8-10; сульфоалюминатное гидравлическое вяжущее 7-15, высокодисперсный пирогенный гидрофобизированный кремнезем 1-1,5. Компоненты тампонажного материала перемешивают и затворяют на водопроводной воде. Характеристика тампонажного материала: срок хранения тампонажного материала практически не влияет на свойства расширения цементного камня за счет сохранности его физикомеханических свойств. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 В ЗЗ/138

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4885389/03 (22) 29.10.90 (46) 15.04.93. Бюл. N. 14 (71) Волго-Уральский научно-исследовательский и проектный институт по добыче и переработке сероводородсодержащих газов (72) П. Ф. Цыцымушкин, С. Р, Хайруллин, А.fl,Òàðíàecêèé, 3.Н.Кудряшова, P.Ñ.Êàäû-, рова и Б. В; Арестов (56) Данюшевский В. С. и др. "Тампонажный цемент с большой величиной расширения на основе окиси кальция", "Цемент", 1972, М 1, с. 7.

Данюшевский В. С. и др. "Справочное руководство по тампонажным материалам", М., "Недра", 1987, с, 156-157.

Изобретение относится к составам; применяемым при бурении, s частности к тампонажным материалам, предназначенным для крепления нефтяных, газовых и других скважин, Цель изобретения — повышение сохранности физико-механических свойств цементного камня при увеличении срока хранения тампонажного материала.

Новым в предлагаемом расширяющемся тампонажном материале является то, что он в качестве добавки содержит высокодисперсный пирогенный гидрофобизированный кремнезем и новое количественное соотношение компонентов, Высокодисперсный пирогенный гидрофобизированный кремнезем выпускается по ТУ 39-08 — 125 — 77 и представляет собой

„„„ Ц„„1808995 А1 (54) РАСШИРЯК)ЩИЙСЯ ТАМПОНА)КНЫЙ

МАТЕРИАЛ (57) Сущность изобретения: тампонажный материал содержит;. в мас.g,: портландцемент 73,5-84; гипс 8 — 10; сульфоалюминатное гидравлическое вяжущее 7-15, высокодисперсный пирогенный гидрофобизированный кремнезем 1 — 1,5. Компоненты тампонажного материала перемешивают и затворяют на водопроводной воде. Характеристика тампонажного материала: срок хранения тампонажного материала практически не влияет на свойства расширения цементного камня за счет сохранности его физикомеханических свойств. 2 табл, легкосыпучий порошок, сохраняющий сыпучесть при температуре от -40 до +50 С. Гидрофобность его 90, рН водной суспензии

3,6, истинная плотность 2,2 г/см, насыпная

3 масса 25 — 50 г/л, размер частиц 0,004 — 0,04 мкм, удельная поверхность 175м 5 м /ч.

Применяется в технике в качестве эмульгатора, стабилизатора, инвертных эмульсий и пеногасителя буровых растворов.

Авторами экспериментально установленоо, что расширяющийся тампонажный материал, содержащий высокодисперсный пирогенный гидрофобизированный кремнезем после хранения 4-х и более месяцев незначительно снижает физико-механиче-; ские свойства, удовлетворяя требованиям

ГОСТ 1581 — 85, при этом формируемый це1808995 ментный камень остается непроницаемым для газа.

По мнению авторов частички высокодисперсного пирогенного гидрофобизированного кремнезема благодаря удельной поверхности, превышающей более чем в

200 раз аналогичный показатель портландцемента обволакивает частички цемента гидрофобной пленкой и не позволяют влаге иэ воздуха проникать в массу цемента, Это позволяет тампонажному материалу длительное время сохранять свои физико-механические свойства, при этом цементный камень на основе как свежеприготовленного материала, а также и материала после хранения в течение 3-4 месяцев остается непроницаемым для газа.

Расширяющийся тампонажный материал получают простым смешением тонко молотых компонентов или совместным их тонким помолом в лабораторных условиях, или на существующих цементных заводах с использованием стандартного оборудования.

Готовый тампонажный материал затворяют водой. Технология цементирования обсадных колонн не отличается от общепринятой, Для проведения исследования был приготовлен тампонажный материал в лабораторных условиях совместным тонким помолом следующих компонентов: — тампонажного портландцемента Новотроицкого и Кувасайского цементных заводов марки ПЦТ Д20 — 100; —, сульфоалюминатного гидравлического вяжущего, представляющего собой смесь, состоящую из известняка, алюмосиликатного компонента (глиноэемсодержащего сырья) и двуводного гИпса, подвергнутой обжигу при 1200 — 1300 С; — двуводного гипса по ГОСТ 4013 — 74; — высокодисперсного пирогенного гидрофобизированного кремнезема.

Для исследования были взяты тампонажные материалы с различным содержанием компонентов и приготовлены тампонажные растворы с водоцементным отношением 0,5 и определены их граничные и средние значения, Результаты исследований представлены втабл, 1 и2.

Пример. Для приготовления тампонажного раствора (опыт 12) были взяты 500

r воды и 1000 г тампонажного материала, содержащего компоненты, мас.% (г):

Портландцемент 78,5 (785 r)

Гипс 9,0 (90 r)

Сульфоалюминэтное гидравлическое вяжущее 11.0 (110 r) Высокодисперсн ый пирогенный гидрофобизированный кремнезем 1,5 (15 r)

Тампонажный раствор приготавливается простым эатворением тампонажного материала на водопроводной воде, Последовательность приготовления остальных предлагаемых составов, указанных в таблице аналогичны вышеописанной и отличается лишь содержанием компонентов.

Физические и механические свойства заявляемого материала (тампонажного раствора и камня} определяли согласно ГОСТ

1581 — 85 и ГОСТ 26798.0-85 — ГОСТ 26798,2—

85.

Газопроницаемость и расширение цементного камня определяли по известным методикам, 20 Из табл, 1 видно, что содержание высокодисперсного пирогенного гидрофобизированного кремнезема оптимально в пределах 1,0-1,5 мас., Содержание высокодисперсного пирогенного гидрофобизи- рованного кремнезема более 1,5 мас.% (опыт 14) при средних значениях содержания других компонентов даже в свежеприготовленном материале резко снижает прочность цементного камня, а менее 1,0

30 мас. (опыт 13) не обеспечивает сохранения физико-механических свойств.

Содержание сульфоалюминатного гидравлического вяжущего более 15,0 мас. нецелесообразно, так как вызывает сильное расширение (опыт 18) камня и ухудшает его прочность, а при содержании менее 7,0 мас, формируемый камень не имеет расширения, Оптимальное содержание гипса в там40 понажном материале находится в пределах

8,0 — 10,0 мас,, так как при меньшем его содержании сокращаются сроки схватывания тампонажного раствора (опыт 15), а при . большем содержании (опыт 16) увеличивает45 ся индукционный периодтвердения, формируемый камень проницаем и имеет незначительную прочность. В таблице 2 показано расширение свежеприготовленных тампонажных материалов известного и заявляемого по истечении времени до 6 месяцев, а также заявляемого материала после

3 и 4 месяцев хранения.

Из таблиц видно, что время хранения практически не влияет на свойство расши55 рения камня у обоих составов.

Таким образом, предлагаемый расширяющийся тампонажный материал обладает улучшенными физико-механическими свойствами при увеличении срока хранения.

1808995

Предлагаемый тампонажный материал

t может быть использован для цементирования обсадных колонн в условиях нормальных температур и рекомендован для нефтегазодобывающих районов, где периодически появляется необходимость em хранения непосредственно на объектах использования.

Формула изобретения

Расширяющийся тампонажный материал, включающий портландцемент, гипс и сульфоалюминатное гидравлическое вяжущее, о тл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения сохранности физико-механиче15

Та блица 1

Физико-механические свойства расвирякцегося тгнпонаиного иатериала

Испытания через 3 месяца после изготовления

Испытания через 4 месяца после изготовления

07ц

Испытания свеяепрнготовлен õ тампонавных материалов

Соде1лкание иэмпонентов, мас. В опытов

СДГВ

Цемент Гипс

Гаэопроницае" масть че рез

2 суток

Ilpo«иост ь

Сроки схватывания, час-мин

ГазоПроч-. ность при изгибе иереа

2 суток

Сроки cxea" тывания, час-мин

Газопроницае" ность через

2 суток

Прочность прн нэ гибе через

2 суток

Сроки схватывания ° час-мин

NAC-200 прони цаемость через

2 суток при изгибее

Г нача- конец

JIO через

2 суток начакача- конец ло

1,4

1 85,0

75, О

3 80 ° О

Известный

0,5 4-20 материал

4-40

7-55 8-25

1,8

0, 15 9-30 12-30 1, 4

2,8

3,4

3,4

0,05

В,о 70.

10, О 15,0

О 11,0

1<0

0,5 3-10

0,5 4-15

2,2

2,2

5-30

5-00

6-2 Q

3-50

0,5 9-20 12-20 1,3 1, О

7-50

5-55

Предлагае

0,5 3-20

6-30

6-30

7-00 8-40

7-50 8-50

7-20 9-00

6"50 8-00

2,7

2,8

2,8

2,9

О

7-30

7-50

8-00

0,5 3" 10

-0,5 4-00

2,7

6-50

5-40

2-7

7i 00

7" 40

7»40

8-10

6-50

2,7

5-30

6-10

2,7

7-10

8-15 .8-25

7-45

8-00

5-00

6-00

6-40 9-00

2,7

О . 5 "-50,в

6-30

6-30

2,8

8-45

5-10

5"20

3.9

0,6 9-30 12-30

6"50

1,5

1,9

2,0

1,6

2.6

5-00

t i0

3,2

5-15 7-30

6-00 9-10

2-5

5-30

2"30

7-4О

О . 3-40 5-30

О 5-10 10-20

0,5 1-30

0,5 1-20

0.5 3-55

0,5 4-05

3,0

5-20 10-40

6-30 11-20

4-РО . 6-20

5-20 8-30

1t0

0,5

0,1

2,5

5-55

5-40

3,5

2,6

0,05 5-30 7-40

0,6 7-10 12-00 1,0

1,0

П р и м е ч а и и е. 1. Испытания проводились при температуре 22е3аС и давлении 0,1 Hfla

2. В опытах 1,3,4,7,10,15,16,17 использован тампонаиный ценент Кувасайского завода, в остальных цемент Новотроицкого завода.

3. Сульфоалеминатное гидравлическое вявуз1ее (СДГВ) приготовлено на Нонотроицком цементном заводе

5

6 .7 в

11

12

13

14

16

17

73,5

84,0

78,55

80.75

74<75

82,75

79,50

B0,б

78,5

79,25

78, 25

79. 75

75, 75

83, 75

73.75

10,0

8,0

10,0

8,0

9,0

9,0

9 О

9,0

9,0

9,0

9,0

7,о

I I i 0

9,0

9,0

15,0

7>0

10,5

1O O.

15,0

7,0

10,0

10,0

11,0

11,0

11,0

12,0

J2,О

6,0

16,0

1,5

I,О

1,5

1,25

1,25

1,25

1,5 . 1,0

1,5

0,75

1,75

l,25

1,25

1,25

1,25 мый материал

4-20 3, 7

4-40 3,9

5-3О 3,8

4-20 3,<)

4""50 3 5

5-20 3,1

5-50 3,4

5-40 3,7

0,5 2-50

0,5 3-40

0,5 4-15

0,5 4-30

0,5 4-30

0 5 4-00

0,5 4-10

0,5 4-05 ских свойств цементного камня при увеличении срока хранения тампонажного материала. он дополнительно содержит высокодисперсный пирогенный гидрофоби5 зированный кремнезем при следующем соотношении компонентов,мас. :

Портландцемент 73,5-84

Гипс 8 — 10

Сульфоалюминатное

1О гидравлическое вяжущее 7-15

Высокодисперсный пирогенный гидрофобизированный кремнезем 1— - 1,5

3,0

3,0

3,1

2 9

3„0

3,1

3i0

2,8

2,0

2,6

2,0

2,9

1,5

1808995

Таблица 2

Расширейие цементного камня во времени при различных сроках хрэненйя расширяющегося тампонажного материала

ММ опытов

Расширение камня, $ по истечение времени после затво ения

Сроки хранения расширяющегося тампонажного . материала

8 часов

3 месяца

6 месяцев

I суток

1 месяца

0,48

0.46

0,46

0,46

Свежеприготовленный

0,46

0,95

0,94

0,85

0,95

0,94

0,85

0,95

0,94.

0,85.

0,95

0,94

0,850,90

0,90

0,80

8

0,82

0,80

12

0,82

0,80

0,82

0,80

0,82

0,80

0,80

0,75

П р и м е ч а н и е: Компонентный состав и физико-механические свойства составов в опытах 1,2,3,4,8,12 приведены в табл,1

Составитель П,Цыцымушкин

Редактор H.Трубченко Техред М.Моргентал Корректор 0,Кравцова

Заказ 1264 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

3 месяца

4 месяца

Свежеприготовленный

3 месяца

4 месяца

Свежеприготовленный

3 месяца

4меся а

1,20

0,75

1,20

1,18

1,18

1,00

1,25

0,75

1,24.

1,20

1,20

1,05

1,26

0,76

1,26

1,20.

1,20

1,05

1,28 0,78

1,27

1,20

1,20

1,07

1,28

0,79

1,28

1,22

1,20 t,07