Расширяющийся тампонажный материал

 

Изобретение относится к креплению нефтяных и газовых скважин, в частности скважин, в продукции которых содержатся кислые компоненты. Цель изобретения - повышение коррозионной стойкости расширяющегося тампонажного материала в кислых средах, снижение капиллярной пористости и ранняя стабилизация расширения цементного камня на его основе. Материал включает портландцементный клинкер, шлаковый, сульфатсодержащий и глиноземсодержащий компоненты. В качестве последнего используют белый пшам, образующийся на стадии глубокого обескремнивания алюминатных растворов при производстве глинозема методом спекания из высококремнкстых глиноземсодержащих руд. Тампонажный материал имеет следующее соотношение компонентов, мас.%: белый шлам 4,0 - 8,0; сульфатсодержащий компонент (SOj) 2,0-5,0; шлаковый компонент 10,О-15,и; портландцементный клинкер остальное. Кинетика взаимодействия алюминатных фаз материала с гипсом определяет раннюю стабилизацию расширения цементного камня и его высокую р.анНюю прочность. Избыток сульфатсодержащего компонента позволяет связать все алюминатные фазы материала в трисульфогидроалюминат кальция,что обеспечивает высокую сульфатостойкость тампонажной композиции и устойчивость ее к сероводородной агрессии. Высокая основность шлаковой составляющей придает материалу стойкость к магнезиальной коррозии. Повьшгение общего модуля основности способствует увеличению прочности и плотности цементного камня в поздние сроки твердения . 4 табл. (О (Л 4;: со СП О5 4

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (51)4 Е 21 В 33/138

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4ь .

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4077103/22-03 (22) 09.04.86 (46) 07,11.88. Бюл. Р 4) (71) Государственный всесоюзный проектный и научно-исследовательский институт цементной промышленности

"Гипроцемент" (72) В.И.Корнеев, Н.Н шестопалова, И.А.Одинцова, N.В.Никифоров и Й.Н.Клячкина (53) 622.245.042 (088.8) (56) Мосиенко В.Г. Тампонажный цемент из промышленных отходов. — Цемент, 1983, N 9, с. 20-21. (54) РАСШИРЯЮЩИЙСЯ ТАМПОНАЖНЫИ МАТЕРИАЛ (57) Изобретение относится к креплению нефтяных и газовых скважин, в частности скважин, в продукции которых содержатся кислые компоненты. Цель изобретения — повышение коррозионной стойкости расширяющегося тампонажного материала в кислых средах, сни-жение капиллярной пористости и ранняя стабилизация расширения цементного камня на его основе. Материал включает портландцементный клинкер, шлаковый, сульфатсодержащий и глиноземсодержащий компоненты, В качестве последнего используют белый шлам, . образующийся на стадии глубокого обескремнивания алюминатных растворов при производстве глинозема методом спекания из высококремнистых глиноземсодержащих руд. Тампонажный материал имеет следующее соотношение компонентов, мас.Е: белый шлам 4,0—

8,0; сульфатсодержащий компонент (S0 g) 2,0-5, 0; шлаковый компонент

10, 0-15,О; портландцементный клинкер остальное. Кинетика взаимодействия алюминатных фаз материала с гипсом определяет раннюю стабилизация расширения цементного камня и его высокую раннюю прочность. Избыток сульфатсодержащего компонента позволяет связать все алюминатные фазы материала в трисульфогидроалюминат кальция,что обеспечивает высокую сульфатостойкость тампонажной композиции и устойчивость ее к сероводородной агрессии.

Высокая основность шлаковой составляющей придает материалу стойкость к магнезиальной коррозии. Повышение общего модуля основности способствует увеличению прочности и плотности цементного камня в поздние сроки твердения. 4 табл. 1435764

30-70

Химический состав "белого" «шлама:

СаО 44,88 — 54,77; А1 09 16,6—

19,43; Fe O z 0,25 — 0,50; SiO

0,80 - 1,84; NgO 0,40 — 1,20; R O

0,07 — 0,85; п.п.п. 26,50 — 31,91, Изобретение относится к креплению нефтяных и газовых скважин, в частности, к коррозионностойким тампонаж" ным материалам, предназначенным для скважин, в продукции которых содержат. ся кислые компоненты.

Цель изобретения — повышение коррозионной стойкости расширяющегося тампонажного материала в кислых сре- 10 дах, снижение капиллярнай пористости и ранней стабилизации расширения цементного камня на его основе.

В изобретении возможно применение портландцементного клинкера актив- 15 костью не ниже 40,0 ИПа.

В качестве шлакового компонента возможно применение любых материалов этого вида, имеющих модуль основности не менее 1,10 и используемых в це- 20 ментной промьппленности в качестве активных минеральных добавок.

В качестве сульфатсодержащего ком: понента возможно использование природного двуводного гипса, фосфогипса и борогинса.

Отличительным признаком изобрете" ния является применение в составе вяжущего белого шлама глиноземного . производства, образующегося в качест- 30 ве отхода на стадии глубокого обеск ремнивания алюминатных растворов при производстве глинозема марок Го и

Гоо методом спекания из высококрем" нистых глиноземсодержащих руд. 35

Белый шлам имеет следующий фазо, вый состав, мас.X:

Карбонизированньп4 гидроалюминат кальция с показателями преломления по = 1,554 и

n, = 1,538

Гидрогранаты переменного состава с показателем преломления не более п = 1,618 30-70

Технологические примеси Остальное

Основные фазовые составляющие белого шлама взаимодействуют с сульфатсодержащим компонентом, образуя кремнезем- и карбонатсодержащий трисульфогидроалюминат кальция (ТГСАК).

Наличие в составе трисульфогидроалюмината кальция примесных ионов (ЯЮ и СОЯ определяет изменение габитуса кристаллов соединения, причем форма, размер кристаллов, их высокоразвитая поверхность обеспечивают кальматацию капиллярных пор образующегося гидратационного каркаса и снижают общую пористость камня на основе расширяющегося тампонажного материала (PTN), а соответственно повышают непроницаемость монолита.

Кинетика взаимодействия алюминатных фаз PTN с гипсом определяет раннюю стабилизацию расширения цементного камня и его высокую раннюю прочность

Избыток сульфатсодержащего компонента позволяет полностью связать все алюминатные фазы PTN в ТГСАК и, таким образом, обеспечивается высокая сульфатостойкость тампонажной композиции, а также устойчивость ее к сероводородной агрессии, которая определяется, наряду с ТГСАК, присутствием в составе цемента низкоосновных гидросиликатов кальция, образующихся при гидратации минералов шлаковой составляющей.

Высокая основность шлаковой составляющей придает PTN стойкость к магнезиальной коррозии. Положительным качеством тампон@ж-. ного цемента с белым шламом является также повышение общего модуля основности, что способствует повышению прочности и плотности цементного камня в поздние сроки твердения.

Использование расширяющегося тампонажного материала позволяет получить в интервале температур 0-90 С коррозионно-стойкую расширяющуюся композицию с высокой прочностью на изгиб и низкой капиллярной пористостью, а, соответственно, высокой непроницаемостью, что обеспечивает повыше-. ние надежности крепления нефтяных и газовых скважин, в продукции которых содержатся кислые компоненты.

Пример. В лабораторных условиях были получены и испытаны .по

ГОСТУ двенадцать составов РТМ, РТМ приготавливают совместным измельчени1435764 4 ции, а при содержании белого шлама более 8 . (состав 5) повьппается вязкость композиции и несколько сокра5 щается время загустевания что сопроФ вождается снижением технологичности тампонажного раствора.

Сокращение содержания в составе

PTM шлакового компонента снижает растекаемость и повьппает начальную вязкость РТМ, а увеличение его количества свьппе 15 отрицательно сказывается на прочностных и деформативных характеристиках РТМ.

Составы предлагаемого расширяющегося тампонажного материала приведены в табл.Г.

Состав йзвестного тампонажного материала приведен в табл.2, Сведения о кинетике линейного расширения РТМ представлены в табл.3.

Данные табл. 3 свидетельствуют о ранней стабилизации линейного рас25 шнрения РТМ в широком температурном интервале. ноземного

4,0-8,0 производства

Сульфатсодержащий компонент (% so )

Шлаковый компонент

Портландцементный клинкер

2,0-5,0

10 0-15 0

Остальное ем в стандартной лабораторной мельни це портландцементного клинкера, гипса (природного двуводного или борогипса, или фосфогипса), шлака (передельного доменного или электротермофосфорного) и белого шлама до тонкости помола соответствующей IO остатка на сите Р 008.

Время .загустевания и вязкость раст вора РТМ определяют на консистометре

КЦ-3. Коррозионная стойкость камня на основе PTM определяется методом из мерения прочности при погружении образцов в агрессивные растворы, Пористость цементного камня определяется по водопоглощению и методом ртутной порометрии на установке П-ЗМ. Линейное расширение образцов замеряют на приборе МИНХ и ГП.

Составы РТМ и результаты физикомеханических испытаний представлены в табл, 1 и 2.

Данные табл. 2 показывают, что: коррозионная стойкость PTM на

15-20 превышает сульфатостойкость и на 30 сероводородостойкость изве-. стного материала; пористость РТМ на

32 ниже, чем у известного материала, причем значительно {на бО ) ниже его 30 капиллярная пористость, что обусловливает повышение непроницаемости камня на основе РТМ; линейное расширение в среднем не . уступает расширению известного материала. Однако следует отметить,что, благодаря активности фазовых составляющих белого шлама, стабилизация расширения наблюдается к двум суткам твердения, в отличие от 7 сут. у из- 40 вестного материала, Ранняя стабилизация расширения обеспечивает отсутствие деструктивных изменений в искусственном камне; растекаемость и время загустевания РТМ, особенно при повышенных температурах, позволяют отказаться от применения добавок — замедлителей охватывания, существенно ухудшающих качество композиции; прочностные характеристики РТМ, в среднем, на ?5-30 выше, чем у известного материала, так как особенности кинетики образования ТГСАК иэ белого шлама обусловливают высокую раннюю прочность композиции.

Введение в состав PTM менее 4 белого шлама (состав 4) ведет к снижению линейного расширения композиВ табл. 4 даны физико-механические характеристики расширяющегося тампонажного материала.

Формула изобретения

Расширяющийся тампонажный материал, включающий портландцементный клинкер, шлаковый, сульфатсодержащий и глиноземсодержащий компоненты,о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повьппення его коррозионной стойкости в кислых средах, снижения капиллярной пористости и ранней ста- билизации расширения камня на его основе, он в качестве глиноземсодержа-. щего компонента содержит белый шлам, образующийся на стадии глубокого обескремнивания алюминатных растворов при производстве глинозема мето-. дом спекания из высококремнистых глиноземсодержащих руд, при следующем соотношении компонентов, мас. :

Белый шлам гли1435764

Таблица1

Сульфатсодержащий компонент

Шлаковый компо гипс, % SO>,% кент, мас.% клинкер, мас.%

2,0

81,6

76,0

8,0

1О

70,6

11,4

5,0

84,7

1,0

67,4

13,6

6,0

71,0

78,0

8,0

3 5

69,0

8,0

3,5

81,3

2,0

Фосфо" гипс 4,7

10 ° Борогипс 5,15

80,85 4

2,0

81,5

Гипс 4,5

2 0

81,5

4,5

2,0

Передельный шлак комбината I. 4+

Передельный шлак комбината II

+ +

Электротермофосфорный шлак.

Таблица 2

Молотый кварцевый пе сок, мас.% клингипс,% SO,% кер, . мас.%

5,0

2,5

10,0

15 0

7,5

Портландцементный

Порт,ландцементный

Белый шлам глино земного производства мас.%

Ллюмокальциевый шлак мас.%

10+ +

Сульфатсодержащий компонент

2,5 1,1

5,0 2,0

7,5 3,3.

1435764

Таблица 3

Темпе- Линейное расширение, Х, время, сут.

1 !

0 5 1 2 3

0 5 0,8 1,5 2,.4

4,5

Гипс

2,6

1,0

1,85

3,10

1,3

8,0

Гипс

3 53 4,10

2,4

1,5

11,4

Гипс

4,7 5,2

2,3 3,2

4,9 5,6

3,1 4,2

Сос- Содержание, мас.7. тав

1 Клинкер 81,5

Белый шлам 4

Перед ель ный .шлак 10

2 Клинкер 76,0

Белый шлам 6,0

Передельный шлак 10,0

3 Клинкер 70,6

Белый шлам 8,0

Передельный шлак 10,0 ратура испытания 0С

2,0 31

1,3 1 9

3,0 3,7

2,23 3,6

3,91 4,35

2,9 4,0

143S764 в)в

О !» °

t v

«ф о е х

Ф 30

)С о

)«в t

t o v

l

Ч) 3 ф 1

° в f о f

ССЪ ССЪ СЧ

О ОЪ 01

» «л о о о ф л

« ь о иъ

Ch О1

»в ° » о с вР

Оь л

С) ССЪ

О1 л о о о 4

1 Ф с!1 A 1

О О СС 3. арov1О е О 3- Ь м сч

Ch ОЪ а л с о о

CO л о

О1»Ф

00 Оъ

° в ° в с с с, O Ch л- л « л о о о о

Ch Ch Ch

« ° в а о о с

О1

D в! о» е и<

m vXlG

2«2= о с ф

СЧ СЧ N

« ° в ° в о с

00 с л с

С

° ) о

СЧ л а с с

Ф о ю

° СЧ С Ъ

«л а о о с ф СЧ л, л

G D

I Р f

1 И Е в0 о ф с» с) ССН

С)) О

f L X

« о Ch

О1 СЧ СЧ а ° в . л о с сс) Ф М

° » а а . а о с о л -сь с ъ . м л с о

1-1

С Ъ

° в л

С» сО ф л л л л

С ЧЭ Р

° »

СЪ

° \ в,Ф

CO O л а л

СЧ

« л

ff

1 !

1 !

o) Ь

С Ъ

СЧ с ф л м л м 0()

О С) Р ССЪ л л а л

СЧ СвЪ СЧ СЧ

I «С)

НЕЕ Р, 1 ф X Р И сс а )с е

Ф Е 0в 0 С)

1 MWN

О сЪ в,о ссЪ

СЧ С Ъ с о л» л а

СЧ

С Ъ мЪ л

СЧ

le а

«Ф

Ch N л ав Чй Mi

СЧ D ) СЧ л вв аЪ ОЪ с м

Ф о ф

° в

Ч) ссъ О О

О Со О л л л иЪ о

Ch а о об с/Ъ м

МЪ

Ol к ж ф

I3 °

РюМ

Q) N

Ц л оо

v с о о

О ОЪ -1. л ° в м ф с.в

СЧ .Ф

° в л Ф м) о

ill л

СЧ D» с л в\ о л о м а м

Ф о л

СЧ С с

С Ъ

СЧ

СЧ в-»

1

1 ссЪ

° в ссъ о

Са

00 с

Рв Е а о о о

ССЪ СЧ вР

« ° в ° в

СЧ С Ъ С ) с о

)Ъ О л ° в

М СвЪ о о ф - С Ъ

° в

СЧ М о

СЧ м о

С0

° в о л

1

I ОЪ

) С

1 в —.- — в о ч

СЧ вл

»

СЧ о . СЧ

LA ° Itl

СЧ.Ф о вв) CV а о

Зги

С Ъ вО

1 v е О

1 Е» 3 X не н ф Щ «

10. )СК б о ъ о л л а

ОЪ! О

СЧ ° в СЧ и о

° в « о о

N СЧ ссъ о

О« С) СЧ

С/\

С)

СЧ ч л

СЧ о л

О1 за л

CO!

И Сс

О )

)O t1 вф (Р. сЮI Ф

331 0

v v

gf e

I tC X са С.) )01 Чсч

OXсч ф,с й 1 lll °

3)о,а

t Р t"

1 Р V о о

1 Ф4 )С

М I

Ж

«1 !» Рв

Ц 1 ф

v t о

t» 1 н с

t a i I

Ос Р о

«

Ф М

М Рв с» oo

1 Ж

i С) ф

1 в0 е Р

t t»» Рв Ф

ver

O0 X

) и е

0 «1»

О ф

Рв Я

I о ! О« н е

1 > X Р

1 f» Рв W

t ф o !» аес е

СР )» W t

:е м м м Ь С5 ОЪ а « . л л о о о о о м мъ cl л co oc С) 3 б

1 вл вл

С 3 I

D I

CO !

3 вв фас

33сс)

О

3)»e о

2g

О е ах й(И

О и

В С4 о е

Рв С(Е О