Расширяющийся тампонажный материал
Изобретение относится к расширяющемуся тампонажному материалу и может найти применение при креплении нефтяных и газовых скважин в диапазоне температур от 22 до 110°С. Технический результат - равномерное расширение тампонажного материала в процессе твердения, замедление сроков его схватывания, повышение прочности затвердевшего тампонажного материала. Расширяющийся тампонажный материал содержит, мас.%: портландцемент тампонажный 55-70, сланцевую золу 20-30, магнезит 10-15. 1 табл.
Изобретение относится к области крепления нефтяных и газовых скважин и может быть использовано при приготовлении тампонажных систем с высокими изолирующими и адгезионными свойствами в диапазоне температур от 22 до 110°С.
Известен расширяющийся тампонажный материал, содержащий вяжущее, наполнитель и расширяющую добавку - пылеунос вращающихся печей обжига магнезита, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: вяжущее - 50-95, наполнитель - 5-50, пылеунос вращающихся печей обжига магнезита - 10-30 (см. SU 1046481 А1, 1982).
Недостатками такого материала являются неравномерность и недостаточность его расширения при цементировании скважин.
Известен расширяющийся тампонажный материал, содержащий портландцементный клинкер, гипс и золу-унос от сжигания каменных или бурых углей и/или от сжигания горючих сланцев или отвальную золу от сжигания тех же видов топлива с содержанием в ней SiO2 не менее 35 мас.% и Al2O3 не менее 17 мас.%, что определяет ее активность, то есть способность взаимодействовать со свободным оксидом кальция, содержащимся в портландцементном клинкере и гипсе (см. RU 2120025 А, 1999).
Недостатком такого тампонажного материала является его расширение до момента доставки в скважину, так как при перемешивании и при повышении температуры в процессе подачи в скважину величина его расширения понижается, повышается контракция и, следовательно, получаемый цементный камень обладает низкими прочностными характеристиками. Кроме того, продолжительность схватывания такого материала очень коротка, что не позволяет закачать его в глубокие скважины.
Задачей, поставленной перед изобретением, является повышение прочности получаемого цементного камня с сохранением расширяющихся свойств тампонажного раствора и увеличением продолжительности его схватывания.
Поставленная задача решается тем, что расширяющийся тампонажный материал, содержащий портландцемент и сланцевую золу, содержит портландцемент тампонажный и дополнительно магнезит каустический при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
| Портландцемент тампонажный | 55-70 |
| Сланцевая зола | 20-30 |
| Магнезит каустический | 10-15 |
Технический результат заявляемого расширяющегося тампонажного материала достигается при его затворении водой за счет взаимодействия оксида магния, составляющего основу магнезита, с клинкерообразующими оксидами в составе сланцевой золы и вяжущего с образованием кристаллогидратов с большим количеством контактов их срастания, что обеспечивает прочность полученного камня и равномерное расширение тампонажного раствора в процессе твердения. Кроме того, образующиеся при взаимодействии компонентов состава гелеобразные соединения снижают контракционный эффект, регулируют во времени процесс образования кристаллогидратов, что повышает прочность получаемого цементного камня и увеличивает продолжительность его схватывания.
Таким образом, использование в заявляемой композиции известных реагентов в новой совокупности и в заявляемых соотношениях обеспечивает синергетический эффект их взаимодействия с проявлением неожиданного результата в виде увеличения прочности цементного камня с сохранением расширяющихся свойств приготовленного тампонажного раствора и увеличением продолжительности его схватывания, недостижимых известным материалом.
Расширяющийся тампонажный материал готовят путем смешивания компонентов в пределах заявляемых соотношений. Полученную смесь затворяют водой для получения тампонажного раствора требуемой плотности. Результаты испытаний заявляемого и известного расширяющихся цементов и растворов представлены в таблице. Температура применения раствора 22-110°С по статике, 22-90°С по динамике.
Пример 1. Для приготовления 1000 г заявляемого расширяющегося тампонажного материала смешивали 300 г (30 мас.%) сланцевой золы (ГОСТ 31108-2003 и европейский стандарт EN 197-1 на «обожженный сланец»), полученной при сжигании горючих сланцев со 150 г (15 мас.%) магнезита каустического, например, марки ПМК-83, и добавляли 550 г (55 мас.%) цемента, например, марки ПЦТ. Полученную смесь затворили 410 г воды путем перемешивания в емкости. Приготовленный раствор испытывали по существующим методикам. Результаты испытаний представлены в таблице, опыт 3.
Пример 2. Для приготовления 1000 г заявляемого расширяющегося тампонажного материала смешивали 200 г (20 мас.%) сланцевой золы согласно примеру 1 со 100 г (10 мас.%) магнезита каустического, например, марки ПМК-83 и добавляли 700 г (70 мас.%) цемента, например, марки ПЦТ. Полученную смесь затворили 410 г воды путем перемешивания в емкости. Приготовленный раствор испытывали по существующим методикам. Результаты испытаний представлены в таблице, опыт 4.
| Таблица | |||||||
| Состав, мас.% | Водоцементное отношение, В/Ц | Плотность, г/см3 | Растекаемость, см | Сроки схватывания, ч-мин | Прочность при сжатии, 1 сут., МПа | Линейное расширение, 1 сут., % | |
| начало | конец | ||||||
| 1. ПЦТ - 69 | 41 | 1,90 | 18 | 2-15 | 2-40 | 4,7 | 5,0 |
| Гипс - 6 | |||||||
| Зола - 25 | |||||||
| 2. ПЦТ - 85 | 41 | 1,89 | 20 | 1-55 | 2-20 | 4,8 | 3,0 |
| Гипс - 3 | |||||||
| Зола - 12 | |||||||
| 3. ПЦТ - 55 | 41 | 1,90 | 18 | 1-50 | 2-40 | 8,2 | 6,0 |
| Зола - 30 | |||||||
| Магнезит - 15 | |||||||
| 4. ПЦТ - 70 | 41 | 1,9 | 18 | 1-45 | 2-35 | 7,8 | 5,0 |
| Зола - 20 | |||||||
| Магнезит - 10 |
Из таблицы видно, что при сравнении тампонажного материала заявляемого состава (опыты 3, 4) с известным прототипом (опыты 1, 2) наблюдается значительное увеличение прочности получаемого цементного камня при сохранении высоких расширяющихся свойств раствора. Кроме того, заявляемый материал обеспечивает увеличение сроков схватывания тампонажного раствора, что позволяет закачивать его в глубокие скважины.
Расширяющийся тампонажный материал, содержащий портландцемент и золу сланцевую, отличающийся тем, что он содержит портландцемент тампонажный и дополнительно - магнезит каустический при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Портландцемент тампонажный | 55-70 |
| Зола сланцевая | 20-30 |
| Магнезит каустический | 10-15 |
