Способ получения утяжеленного расширяющегося тампонажного цемента
Изобретение относится к способам приготовления утяжеленных расширяющихся тампонажных цементов и может быть использовано для крепления нефтяных и газовых скважин с аномально высокими пластовыми давлениями. Сущность изобретения: в образовавшийся при плавке сульфидных свинцовоцинковых руд вводят огненно-жидкий шлак магнезиальных карбонатов с содержанием окиси магния не ниже 15% в количестве 10-20%.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (sl)s Е 21 В 33/138
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4844325/33 (22) 30,05.90 (46) 07.10.92. Бюл. ¹- 37 (75) С,M.Áàø (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 962238, кл. G 04 В 7/14, 1982. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УТЯЖЕЛЕННОГО РАСШИРЯЮЩЕГОСЯ ТАМПОНАЖНОГО ЦЕМЕНТА (57) Изобретение относится к способам приготовления утяжеленных расширяющихся
Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к способам получения утяжеленного расширяющегося тампонажного цемента, Известен способ получения быстротвердеющего расширяющегося цемента, когда в шлаковый расплав с модулем основности выше 1 вводится 5 — 30 мас.% щелочных квасцовых пород с содержанием основного вещества выше 70%, г измельчение ведут до удельной поверхности 2500—
4500 см /г (1).
Однако при этом расширение твердеющего камня имеет место лишь до температуры 80 — 90 С, так как положенный в основу этого процесса высокоосновной гидросульфоалюминат кальция, соответствующий природному эттрингиту, (ЗСаО AlzOa ЗСа$04 31 — 32 Н20) вышеуказанной температуры начинает разрушаться.
К тому же минимальные квасцовые породы имеют сравнительно ограниченное распространение, так что промышленных разработок, наиболее популярных из них алунитов и ярозитов, мало.
«5U 1767158 А1 тампонажных цементов и может быть использовано для крепления нефтяных и газовых скважин с аномально высокими пластовыми давлениями, Сущность изобретения; в образовавшийся при плавке сульфидных свинцовоцинковых руд вводят огненно-жидкий шлак магнезиальных карбонатов с содержанием окиси магния не ниже 15% в количестве 10 — 20%.
Целью данного изобретения является повышение плотности тампонажного цемента, увеличение объемных размеров, в горизонтальных условиях, при высоких температурах и повышение активности.
Поставленная цель достигается путем ввода в образовавшийся при плавке сульфидных свинцовых руд огненно-жидкий шлак магнезиальных карбонатов, например доломитов, с содержанием окиси магния (MgO) не. ниже 15% в количестве 10 — 20 мас.%, При этом утяжеление расплава происходит за счет наличия закиси железа и остатков металлов, рост гидравлической активности за счет гранулирования, а увеличение объема при гидратации за счет образования гелеобразной гидроокиси магния (Mg(OH}2).
Процесс термической обработки как правило производится" И спекательных решетках путем просасывания воздуха через нагретый слой шихты, содержащий, кроме концентрата, Флюсы (кварц, известняк, железная руда).
1767158
o А!2 ОЗ o CaO
Ма — — $ГО О 1$ - $ $Л7
Основными силикатами первичных свинцовых шлаков являются оливин, фаялит, 30 и монтичеллит с виллемитом и твердыми растворами эти минералов.
В таком первичном свинцовом шлаковом расплаве присутствуют мелилит, юстит, пироксены, цинковая шпинель, магнетит, а среди сульфидов — вюртцит, цинковая обманка и пирротин, в цинксодержащих шлаках всегда присутствует гардистонит
Сэггп($!207).
Сырьем для проведения плавки, кроме 40 сульфидных рудных образований, в такой .руде могут присутствовать плюмбоферрит (PbFe4Oy), плюмалсит (РЬ1Сэ Му)4 (Al f(S04)2)2, что технологический процесс плав- 45 ки не меняет, как и получение основы предлагаемого состава утяжеленного расширяющегося тампонажного цемента, однако присутствие плюмбоярозита наиболее желательно. 50 При резком охлаждении (10 — 30 с) такой гранулированный основной шлаковый материал застывает в виде шлакового стекла,. в аморфном (псевдокристалличеоком) состоянии, что и обусловливает его повышен- 55 ную гидратационную активность. В отличие от прототипа образующийся при резком охлаждении гранулированный шлак имеет высокую плотность (4,3 — 4,5 При окислении сульфидов выделяется тепло, благодаря чему и происходит частичное сплавление шихты, Сама плавка агломерата ведется в шахтной (ватержакетной) печи при температуре 1500 С в смеси. Шлаковый расплав скапливается в фурме при температуре 1100-1200 С, куда и подаются магнезиальные карбонатные породы, например доломиты, магнезиальные и доломитизированные известняки, высококальциевые магнезиальные и доломитизированные мергеля. Затем огненно-жидкая масса при охлаждении проходит водную грануляцию, при которой быстрота охлаждения составляет 10 — 30 с. Застывшей стекловидной (аморфной) шлаковой массе дают подсохнуть и направляют на помол. Измельчение производится в шаровых или роликовых мельницах. Усредненный состав шлаковой массы при выплавке свинца имеет следующий вид, %: 902 29,74; А!20з 5,49; Са0 16,98; Fe0 25,14; MgO 2,12; Pb 1,83; Zn 13,74; Си 0,6. о СаО+ MgO 054 25 г/смз), наряду с этим большую гидратационную способность. Такой шлак в гидротермальных условиях способен самостоятельно твердеть, образуя плотный и прочный камень, имеющий к тому же повышенную коррозионную стойкость в условиях агрессивных минерализованных вод. Пример. В шлаковый расплав свинцового (свинцовоцинкового) шлака Чимкентского свинцового завода, имеющего состав, : Si02 29,74; А120з 5,49; СаО 16,98; Fe0 25,14; MgO 2,12; Pb 1,83; Zn 13,74; Си 0,6 и соответственно модули основности и активности 0,54 и 0,18 при отношении % -Π—, составляющем 0,567, добавлялся доСаО Ог ломит Кувасайского отвального карьера с содержанием MgO после прокаливания 17,1 и Ca020,35 в количестве15мас.%. После ввода в шлаковый расплав доломита производилось быстрое охлаждение в воде. Скорость такого охлаждения составляла 20 с. Затем гранулированный свинцовоцинковый шлак, имеющий плотность 4,27 г/см, иэмельчался в шаровой мельнице до удельной поверхности 3600 см /г по воздухопроницаемости нэ приборе Т вЂ” 3 (по В.В.Товарову). Из полученного шлакового утяжеленного цемента после ввода 0,35 мас. суперпластификатора С вЂ” 3 (нафталинформальдегидная сульфокислота) и 1о интенсификатора твердения (фторсульфонокислого аммония) готовят образцы — балочки 4х4х16 см. Испытание механической прочности на изгиб и сжатие проводили соответственно на приборе МИ вЂ” 100 и гидравлическом прессе ПГ-50. Водосодержание составов при растекаемости 18 см составляло 26о . Результатами испытания механической прочности на изгиб и сжатие образцов-балочек после твердения в автоклавных условиях при температуре 75ОС и давлении 25 МПа являлись соответственно показатели через сутки 3,55 и 16,6 МПа, через 3 сут 8,09 и 29,2 МПа. Тот же состав после твердения в автоклавных условиях при температуре 130 С и давлении 50 МПа показал соответственно через сутки 4,22 и 10,7 МПа, через 3 сут 9,79 и 33,4 МПа. Тот же состав после твердения в автоклавных условиях:.ри темоературе 160 С и давлении 70 МПа показал соответственно 1767158 через сутки 5,19 и 12,5 МПа, через 3 сут 12,0 и 41,1 МПа. Тот же состав после твердения в автоклавных условиях при температуре 200 С и давлении 80 МПа показал соответственно 5 через сутки 4,87 и 15,3 МПа, через 3 сут 13,45 и 44,7 МПа. Тот же состав после твердения в автоклавных условиях при температуре 240 С и 10 давлении 90 Mila показал соответственно через сутки 5,12 и 16,85 МПа, через 3 сут 14,8 и 46,3 МПа. 15 Испытания объемных изменений при твердении по методике Гипроцемента показывает, что расширение шлакового камня при твердении в 3-суточном возрасте составляло в автоклавных условиях при тем- 20 пературе и давлении соответственно: при температуре 75ОС и давлении 25 МПа 0,13 ., при температуре 130 С и давлении 40 МПа 0.08, при температуре 160 C и давлении 70 МПа 0,05о, при температуре 25 200 С и давлении 80 МПа 0,03, при температуре 240 С и давлении 90 МПа 0,02%. Замена доломита на магнезит и повышение содержания в расплаве MgO после ввода магнезиальных карбонатов увеличи- 30 вает объемные изменения, однако превышение его выше предельного — 20 мас. при содержании не ниже 15 начинает сни-. жать прочностные показатели, Нижний предел вводимых в расплав магнезиальных 35 карбонатов обуславливается снижением способности к увеличению объемных изменений и, следовательно, эффективности для достижения цели технического решения. Механическая прочность образцов-балочек 4х4х16 см, полученных в идентичных условиях на измельченном первичном свинцовоцинковом гранулированном шлаке, характеризовалась по прочности на изгиб и сжатие соответственно температурами: при 130 С и давлении 40 МПа 1,67 и 3,66 МПа, при 160 С и давлении 70 МПа 2,74 и 7,3 МПа, с повышением температуры эти показатели увеличивались и составляли соответственно при 200 С и давлении 80 МПа 4,49 и 13,85 МПа, при 240 С и давлении 90 МПа 5,63 и 15,9 МПа. В изломе, образующемся при твердении, шлаковый камень был однороден при мелкокристаллической кристаллизацией, в значительной мере определяющем высокие прочностные показатели образцов. Формула изобретения Способ получения утяжеленного расширяющегося тампонажного цемента с плотностью до 4 г/см путем введения в шлаковый расплав с основностью выше 1 минеральной породы, последующего охлаждения со скоростью 10-30 с и помола до удельной поверхности 3500-4500 см /г, отличающийся тем, что, с целью повышения плотности, увеличения объемных размеров в гидротермальных условиях при высоких температурах и повышения активности, в качестве минеральной породы вводят магнезиальные карбонаты с содержанием оксида магния 15 — 0% в количестве 10 — 20Я . Составитель С. Баш Редактор Т. Федотов Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Л. Лукач Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 3532 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
