Тампонажная смесь

 

Ь П И С А Н И Е (732496

ИЗЬ6РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 15.03.78 (21) 2590096/22-03 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.«

Е 21 В 33/138

Гасударственный комитет

СССР

Опубликовано 05.05.80. Бюллетень № 17

Дата опубликования описания 09.05.80 (53) УДК 622.245..44 (088.8) дв делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

Л. С. Запорожец, Н. Х. Каримов, Т. К. Рахматулин и В. С. Данюшевский

Актюбинское отделение Казахского научно-исследовательского геологоразведочного института (71) Заявитель (54) ТАМПОНАЖНАЯ СМЕСЬ

Изобретение относится к производству тампонажных смесей повышенной плотности, в частности для цементирования скважин при температурах до 200 С, и может быть использовано в нефтегазовой промышленности.

Известна тампонажная смесь на основе шлаков электротермофосфорного и алюмотермического производства ферротитана, содержащее до 7 вес. % гипса (1). В сочетании с ферротитановым шлаком гипс образует расширяющийся компонент — эттрингит, который сразу же при затворении смеси водой обуславливает быстрое ее схатывание.

В результате смесь быстро становится непрокатываемой, поэтому она не может быть применена для цементирования скважин при температурах свыше 90 С.

Наиболее близкой к предлагаемой по составу и по технической сущности является тампонажная смесь, включающая кислый доменный гранулированный шлак (45—

75 вес. %), фосфорный гранулированный шлак (20 — 45 вес. %), щелочной возбудитель твердения (5 — 10 вес. %) (2).

Основным недостатком указанной смеси является невозможность получить плотность

2 раствора выше 2 г/см . Кислые гранулированные шлаки имеют плотность 2,8 — 3 г/сма, а фосфорные 3 — 3,2 г/см.з, что при указанных соотношениях компонентов и при водосмесевом отношении, характерном для

5 шлаковых цементов — 0,35 позволяет получить тампонажный раствор с плотностью не выше 2,0 г/смз.

Эта смесь является также недостаточно прочной в ранние сроки. Фосфорные шлаки в своем составе содержат до 2% фосфорного

10 ангидрида P «Ое, который отрицательно влияет на прочность цементного камня в ранние сроки.

Кроме того, эта смесь в продуктах твердения содержит низкоосновные гидросиликаты кальция типа CSH(B), которые являются нестойкими в магнезиальных средах и против коррозии выщелачивания.

Целью изобретения является тампонажная смесь повышенной плотности и прочности на ранних стадиях твердения с высокой коррозионной стойкостью в магнезиальных и сульфатных средах.

Поставленная цель достигается тем, что смесь содержит шлаки производства ферротитана и рафинированного феррохрома при

732496 шлак производства ферротитана 3,5—

3,7 г/см, шлак рафинированного феррохрома 3,0 — 3,2 г/смз, которые при водосмесевом отношении 0,225 — 0,25 при растекаемости

16 в 18 обеспечивают получение раствора с плотностью 2,15 — 2,3 г/см .

1 м О я, 0, А1,О, са О g J 1 гес ТО

4,64 — 11,7 1,8 — 3,67 0,37--0,87 66 — 77,5 0,46 — 1,35 11,9 — 2?,45 (1 !

Шлак производства Шлак рафинированного (Щелочной ферротитана феррохрома возбудитель

54,6

45,5

51,0

50,0

36,4

45,5

41,0

44,0 следующих соотношениях компонентов вес в/о:

Шлак производства ферротитана 45,5 — 54,6

Шлак рафинированного феррохрома 36,4 — 45,5

Щелочной возбудитель 6,0 — 9,0.

Тампонажная смесь содержит в своем составе два шлака с высокими плотностями:

Средний химический состав шлака рафинированного феррохрома следующий:

СаО М О S.Oi А(Оз I Feo Ct „О,, 50 — 52 9 — 11 25 — 26 6 — 7 0,77 — 0,88 3 — 7

Шлак производства ферротитана содержит 70% глинозема (А1вО в), который находится в шлаке в виде высокоактивного, обла29 дающего вяжущими свойствами двуалюмината кальция СаО 2А1 аОз и в незначительном количестве) в виде еще более активного моноалюмината кальция СаО А1 0.

Низкое содержание окиси кальция (4,64—

11,7) и кремнезема (0,37 — 0,87) пополняется при добавлении шлака рафинированного феррохрома, который включает СаО 50—

52% SiO q 25 — 26%.

Наличие высокого содержания глинозема в шлаке производства ферротитана и окиси кальция и кремнезема в шлаке рафинированного феррохрома обеспечивает получение вяжущего алюминатно-силикатного твердения.

В шлаке рафинированного феррохрома содержание извести в два раза выше, чем кремнезема. Введение щелочного возбудителя — жидкого стекла, являющегося также кремнеземсодержащей добавкой, способствует связыванию избыточной извести и созданию условий для образования низкооснов- 46 ных тоберморитоподобных гидр осиликатов кальция, устойчивых в широком интервале температур (20 — 200 С).

Введение щелочного возбудителя, например жидкого стекла, способствует также активации шлака. Активация вяжущих свойств происходит в результате того, что щелочь NaOH, содержащаяся в растворе жидкого стекла (Na в$10з + Н еΠ— NaOH+

+ SiOq пНвО) хорошо растворима и дисШлак производства ферротитана имеет следующий химический состав: социирует на Na + ОН ионы. Гидроксильные ионы ОН, образующиеся в большом количестве, разрушают полимерную структуру кремнезема в шлаке по реакции с разрывом прочной связи (Si — Π— Я)

--- Si — Π— Si — Π— ... + ОН = Si — OH+ =Si — OH+ ..., в результате чего кремнезем SiO > переходит в хорошо растворимую форму, что способствует увеличению реакционной способности шлака и более быстрому протеканию реакции взаимодействия кальция с растворимым кремнеземом с образованием гидросиликатов кальция — носителей прочности цементного камня.

Аналогичным образом ион (ОН) способствует разрыву связей в полимере глинозема, входящего в состав шлака производства ферротитана, и увеличивает его реакционную способность, ускоряя реакцию получения продуктов твердения гидрогранатного типа.

Кроме того, сочетание шлака производства ферротитана со щелочным возбудителем обуславливает образование гидрата окиси, алюминия Аl (ОН) з. Последний представляет собой гелеобразную массу, склеивающую продукты твердения. В процессе твердения эта масса переходит в плотный кристаллический сросток.

Быстрый набор прочности, характерный для глиноземсодержащих вяжущих, и присутствие значительного количества в цементном камне геля глинозема обеспечивает камню высокую водонепроницаемость и прочность. Такие цементы отличаются высокой коррозионной стойкостью.

Для получения тампонажной смеси проверялись конкретные составы смеси при следующих соотношениях компонентов, входящихх в ее состав (вес. %):

732496

Основные технологические свойства тампонажной смеси

9 23 20

8 22 25

6 2,14 15

9 2,15 32

1. 54,6 36,4

2. 510 410

3. 50,0 44,0

4, 45,5 45,5

156

103

181

156

105

77

125

194

180

36,4 — 45,5

Составитель Г. Сапронова

Редактор М. Васильева Техред К. Шуфрич Корректор E. Папп

Заказ 1688/23 Тираж 626 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытии

113036, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/6

Филиал ППП «Патент> г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Исходные шлаки смешивались в сухом виде, после чего полученная смесь затворялась водой, в которую добавлялось жидкое стекло.

В таблице представлены данные по прочПредлагаемая тампонажная смесь бесклинкерная. Она образует плотный непроницаемый камень, стойкий в магнезиальных и сульфатных средах, и предназначена для применения в широком интервале темпе- гъ ратур (от нормальных до 200 С). Кроме того, эта смесь утяжеленная (2,25 — 2,3 г/смз), она может быть успешно применена при цементировании скважин с аномально высоким пластовым давлением. Наличие в качестве щелочного возбудителя жидкого стекла

30 способствует повышению также ее реологических свойств.

Тампон ажна я смесь недорога — стоимость 1 т цемента составляет 26 руб, а

1 т смеси — 13 руб. Экономия на одной скважине составляет около 4 тыс. руб.

Формула изобретения

Тампонажная смесь повышенной плотности на основе шлаков и щелочного возь ностям смеси при нормальных и автоклавных условиях твердения, данные сочетания позволяют получить утяжеленное вяжущее при достаточно высоких прочностных показателях. будителя твердения отличающаяся тем, что, с целью повышения плотности, коррозионной стойкости и прочности на ранних стадиях твердения, она содержит в качестве шлаков шлаки производства ферротитана и рафинированного феррохрома при следующих соотношениях ингредиентов (вес. %):

Шлак производства ферротитана 45,5 — 54,6

Шлак рафинированного феррохрома

Щелочной возбудитель твердения 6,0 — 9,0.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 455927, кл. С 04 В 7/14, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР № 389046, кл. С 04 В 7/14, 1973 (прототип).