Утяжеленная тампонажная смесь

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к тампонажным материалам, используемым для цементирования скважин в условиях аномально высоких пластовых давлений. Утяжеленная тампонажная смесь, включающая портландцемент, железосодержащую добавку на основе отходов металлургического производства и пластификатор, в качестве железосодержащей добавки на основе отходов металлургического производства содержит шлам-брикет при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 30-70, шлам-брикет 28-69, пластификатор остальное. Технический результат - повышение седиментационной устойчивости раствора и прочности камня, сформированного на его основе. 1 табл.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к тампонажным материалам, используемым для цементирования скважин в условиях аномально высоких пластовых давлений (АВПД).

Известна утяжеленная тампонажная смесь, включающая портландцемент, железосодержащую добавку на основе отходов металлургического производства - пиритные (колчеданные) огарки и пластификатор [1]. Недостатками этой смеси являются низкая седиментационная устойчивость раствора и отсутствие возможности эффективного утяжеления ввиду недостаточной плотности пуритных огарков (3,2-3,6 г/см³).

Наиболее близкой по технической сущности и назначению к предлагаемому изобретению является утяжеленная тампонажная смесь, включающая портландцемент, железосодержащую добавку на основе отходов металлургического производства - шлак от выплавки свинца и меди (хим. состав, мас.%: FeO - 40,5; SiO₂ - 34; CaO - 21; Al₂O₃ - 1,5; PbO - 1,5; MgO - 1; плотность 3,8-3,9 г/см³) и пластификатор [2] . К недостаткам указанной смеси относятся низкая седиментационная устойчивость раствора и недостаточная прочность камня, сформированного на его основе. В совокупности указанные недостатки приводят к ухудшению качества крепления скважин.

При создании изобретения решалась задача повышения седиментационной устойчивости раствора и прочности камня, сформированного на его основе.

Решение поставленной задачи достигается тем, что утяжеленная тампонажная смесь, включающая портландцемент, железосодержащую добавку на основе отходов металлургического производства и пластификатор, в качестве железосодержащей добавки на основе отходов металлургического производства содержит шлам-брикет при следующем соотношении компонентов, мас.%: Портландцемент - 30-70 Шлам-брикет - 28-69 Пластификатор - остальное Шлам-брикет выпускается в соответствии с 106-198-83. Представляет собой концентрат железосодержащего отхода черной и цветной металлургии. Отличительной особенностью шлам-брикета является повышенная плотность - 4,1 г/см³, обусловленная высоким содержанием оксида железа. Химический состав шлам-брикета Ново-Липецкого металлургического комбината, мас.%: Fe₂O₃ 80-84; SiO₂ 9,5; CaO 2-2,5; MgO 1,5-2,0; SO₃ до 1; цветные металлы - остальное. Удельная поверхность составляет ≈ 1500 см²/г, влажность не более 2%. Поступает россыпью и в упаковке в виде легко разрушаемых гранул диаметром 5-7 мм.

Приготовление тампонажной смеси в заводских условиях сводится к дозировке портландцементного клинкера, гипса, шлам-брикета и пластификатора в заданном оптимальном соотношении с помощью весовых дозаторов или тарельчатых питателей и совместному их помолу в шаровых мельницах. Приготовление тампонажных смесей в условиях месторождения может осуществляться по существующей технологии путем тщательного смешения компонентов смеси. Для этого в приемный бункер шнекового транспортера цементосмесительной машины 2СМН-20 поочередно подаются, например, 50 кг портландцемента, 48,5 кг шлам-брикета и 1,5 кг пластификатора до получения необходимой загрузки смесителя, после чего производится двух- трехразовая перебункеровка смеси из одной смесительной машины в другую до получения гомогенизированной смеси.

Были приготовлены: три состава известной тампонажной смеси (портландцемент, железосодержащая добавка - шлак от выплавки свинца и меди и пластификатор) со средним содержанием компонентов и тремя наиболее распространенными типами пластификаторов (ССБ - сульфит-спиртовая барда, ЛСТП - модифицированный технический лигносульфат порошкообразный и С-3 - продукт конденсации нафталинсульфокислот с формальдегидом); девять составов предлагаемой тампонажной смеси (портландцемент, железосодержащая добавка - шлам-брикет и пластификатор) с граничным и средним содержанием компонентов и теми же типами пластификаторов. Приготовление образцов тампонажного раствора, выдерживание в автоклаве при t = 120+5^oC и P = 50 МПа и испытание образцов осуществлялось по ГОСТ 267.98.0-267.98.2-91. Оценку седиментационной устойчивости раствора производили по водоотстою (в %).

Данные, приведенные в таблице, свидетельствуют о том, что предлагаемая утяжеленная тампонажная смесь с оптимальным соотношением компонентов обладает лучшими свойствами, чем известная: в среднем в два раза снизился водоотстой раствора и в 1,5 раза повысилась прочность камня. Улучшение свойств предлагаемой тампонажной смеси обусловлено совокупностью факторов: с одной стороны, большей поверхностью цементной матрицы при меньшей объемной концентрации более тяжелого шлам-брикета (хотя и при одинаковой массовой доле с прототипом); с другой - большей прочностью и реакционной способностью оксида железа в структуре камня.

Источники информации 1. Данюшевский В.С., Толстых И.Ф., Мильштейн. Справочное руководство по тампонажным материалам.- М.: Недра, 1973 г., с. 20.

2. Булатов А. И. , Данюшевский В.С. Тампонажные материалы.- М.: Недра, 1987 г., с. 186-189 (прототип).

Формула изобретения

Утяжеленная тампонажная смесь, включающая портландцемент, железосодержащую добавку на основе отходов металлургического производства и пластификатор, отличающаяся тем, что в качестве железосодержащей добавки на основе отходов металлургического производства содержит шлам-брикет при следующем соотношении компонентов, мас.%: Портландцемент - 30 - 70
Шлам-брикет - 28 - 69
Пластификатор - Остальное8

РИСУНКИ

Рисунок 1