Сухая смесь для приготовления расширяющегося тампонажного раствора
Владельцы патента RU 2710943:
Акционерное общество "Северо-Кавказский научно-исследовательский проектный институт природных газов" (АО "СевКавНИПИгаз") (RU)
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к сухим смесям для приготовления расширяющегося тампонажного раствора, используемого при цементировании скважин. Технический результат - повышение качества цементирования обсадных колонн за счет увеличения прочности сцепления цементного камня с обсадной колонной и породой, что предотвращает негерметичность колонн и межпластовые перетоки во время эксплуатации, получение не слеживающейся, не комкующейся, обладающей высокой стабильностью сухой смеси и расширяющегося тампонажного раствора из указанной сухой смеси с улучшенными структурно-реологическими показателями, высокими газоблокируюшими свойствами, обеспечивающего формирование цементного камня с повышенными показателями прочности и получением плотного контакта цемента с породой и обсадной колонной за счет увеличения интенсивности действия расширяющейся добавки, расширение ассортимента реагентов, сокращение времени и упрощение технологии приготовления расширяющегося тампонажного раствора; экономия транспортных расходов. Сухая смесь для приготовления расширяющегося тампонажного раствора содержит портландцемент, ультрацемент, натрия боргидрид технический, сульфацелл, добавку для бетонов и строительных растворов полифункционального действия «ПФМ-НЛК», Полицем Дефом, добавку для снижения водо-газопроницаемости цементного камня Полицем Газблок и полипропиленовое волокно с длиной волокон 6-8 мм, диаметром 18 мкм при следующем соотношении ингредиентов, мас. %: портландцемент 78,40-81,85, Ультрацемент 9,09-19,77, натрия боргидрид технический 1-7, Сульфацелл 0,3-0,5, добавка «ПФМ-НЛК» 0,3-0,5, Полицем Дефом 0,1-0,5, Полицем Газблок 0,1-0,5, полипропиленовое волокно с длиной волокон 6-8 мм, диаметром 18 мкм 0,03-0,06. 2 табл.
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к сухим смесям для приготовления расширяющегося тампонажного раствора, используемого при цементировании скважин.
Анализ существующего уровня техники показал следующее:
- известен тампонажный раствор при следующем соотношении ингредиентов, мас. ч.:
| Цемент | 100 |
| Гидроксиэтилцеллюлоза | 0,2-0,4 |
| Пластификатор | 0,1-0,5 |
| Пеногаситель | 0,2 |
| Синтетические волокна диаметром | 0,001-0,1 |
| длиной 1-20 мм | 0,1-1 |
| Расширяющая добавка | 0,1-10 |
| Вода | 49-51, |
(см. патент РФ №2441897 от 24.12.2010 г. по кл. С09К 8/467, опубл. 10.02.2012 г.).
В качестве расширяющей добавки используют: оксид магния (каустический магнезит, ГОСТ 1216-87); гипсо - глиноземистый расширяющийся цемент (смесь глиноземистого цемента с гипсом, ГОСТ 11052); реагент РУ - расширяющая добавка, представляющая собой смесь модифицированных сульфатов кальция и алюминия (сульфоалю-минат кальция), ТУ 2157-034-40912231-2005; реагент РУ М марок А, Б, В - расширяющая добавка на основе модифицированных оксидов кальция, магния, алюминия и сульфатов кальция и алюминия, ТУ 2458-059-40912231-2009; расширяющая добавка на основе оксида кальция - невзрывчатая разрушающая смесь НРС-1М, ТУ 5744-001-82475767-08, и аналогичные ей по составу (расширяющаяся тампонажная добавка ДР-100, ДР-50, ДР-20, ТУ 5744-002-59758749-06, смесь известковая для горных работ СИГБ, ТУ 5744-0 02-00282369-00). В качестве пластификатора используются сухой сульфированный меламинформальдегид (Цемпласт МФ марки А, ТУ 2223-011-40912231-2003, Peramin SMF-10, имп.). В качестве пеногасителя - кремнийорганическая композиция на подложке из двуокиси кремния (Полицем ДФ, ТУ 2228-010-40912231-2003, Axilat DF770DD, имп). Данный тампонажный раствор на водной основе готовят на базе сухих реагентов.
Недостатками является следующее. При длительном хранении цемента, входящего в состав смеси, происходит спрессовывание цементных частиц под давлением его верхних слоев, в результате чего происходит прочное сцепление его частиц между собой с образованием монолитной массы. Таким образом, смесь утрачивает способность к сыпучести в процессе хранения и транспортирования и имеет склонность к слеживанию и комкованию, что делает ее не технологичной. Используемые в качестве расширяющей добавки реагенты обеспечивают улучшение адгезионных свойства тампонажного камня (см. таблица 3 описания к патенту). Однако они не обладают газогенерирующей способностью и не приводят к линейному расширению, что при цементировании скважин с большим газовым фактором может привести к появлению микрозазоров и нарушению изоляционных свойств цементного камня. Как следствие не будет обеспечиваться необходимая эффективность проводимых работ: сульфированный меламинформальдегид является токсичным веществом из-за наличия в нем свободного формальдегида, который имеет второй класс опасности по ГОСТ 12.1007 и ГОСТ 12.1.005;
- известен тампонажный материал для цементирования скважин с большим газовым фактором, при следующем соотношении ингредиентов, мас. ч.:
при этом суммарное массовое содержание сухой смеси цемента и расширяющей добавки составляет 100 мас. ч., а массовое соотношение модифицированного сополимера винилацетата ГАЗБЛОК и расширяющей добавки в материале составляет 1:(2,5÷5,0) соответственно, (см. патент РФ №2447123 от 18.03.2011 г. по кл. С09К 8/46, Е21В 33/138, опубл. 10.04.2012 г).
Тампонажный материал в качестве пластификатора, активным действующим началом которого является сульфированный меламинформальдегид, содержит вещество ЦЕМПЛАСТ МФ. Тампонажный материал в качестве пластификатора, активным действующим началом которого является продукт конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида, содержит вещество С 3. Тампонажный материал в качестве пластификатора, активным действующим началом которого являются полиэфиркарбоксилаты, содержит вещество Melflux.
Недостатками является следующее. В качестве расширяющей добавки используют окись кальция. Однако высокая скорость гидратации исходного вещества приводит к образованию гидроксидов в подвижном цементном тесте и исключает необходимое расширение цементного камня.
Цементы сульфоалюминатного расширения в большинстве своем быстросхватывающиеся. Цементы, содержащие гидросульфоалюминат кальция, разрушаются при температурах более 100°C из-за низкой термостойкости. Использование жидких реагентов значительно усложняет процесс приготовления раствора в условиях отрицательных температур, происходит кристаллизация поливини л ацетатной дисперсии.
- известен тампонажный материал при следующем соотношении, мас. %: портландцемент - 50-70; кремнеземсодержащий компонент, включающий трепел и кварцевый песок в соотношении 1:10 - 30-50; базальтовая фибра с длиной волокна 3 мм - 0,2-0,3 сверх 100%; пластификатор Полипласт СП-1 - 0,1-1,0 сверх 100%; хлорид кальция - 0,1-3,0 сверх 100%; расширяющая добавка на основе СаО - 3,0-5,0 сверх 100%, (см. патент РФ №2530805 от 21.06.2013 г. по кл. С09К 8/467, Е21В 33/138, опубл. 10.10.2014.
Недостаткам тампонажного материала, представляющего собой сухую смесь является следующее. Седиментация частиц кварцевого песка в цементном растворе на основе тампонажных портландцементов вызывает существенные изменения свойств цементного камня, который будет усадочным, с пониженной прочностью и газопроницаемостью. Добавка Полипласт СП-1 представляет собой смесь натриевых солей полиметиленнафталинсульфокислот различной молекулярной массы, то есть представляет собой поверхностно-активное вещество, способное вызвать вспенивание тампонажного раствора при затворении. В результате этого снижается истинная плотность раствора, инициируется пенообразование, что в свою очередь вызывает сложности при его закачке.
Несмотря на удовлетворительные прочностные показатели, большое содержанием армирующей добавки в рецептуре смеси (до 0,3%), способствует увеличению вязкости, что ухудшает гидродинамические характеристики раствора.
Кроме того, при длительном хранении указанная смесь нестабильна, может слеживаться и комковаться из-за совместного использования в рецептуре хлорида кальция и кремнеземсодержащего компонента, включающего трепел и кварцевый песок. Хлорид кальция обладает высокой гигроскопичностью, за счет чего возможно его обводнение, и, соответственно, комкование сухой смеси.
Наличие в рецептуре ускорителя сроков схватывания в процессе последующего приготовления тампонажного раствора повышает вероятность преждевременного загустевания раствора и не обеспечивает достаточную эффективность проводимых работ. Согласно приведенным экспериментальным данным водоотделение составляет 1,0-4,0 мл (таблица 2 описания). Тампонажный раствор, содержащий указанные ингредиенты, обладает высокой водопотребностью и для получения необходимой подвижности требует значительного содержания воды, в силу чего тампонажный раствор подвержен седиментационному осаждению, что способствует низкой тампонирующей способности. Последнее не обеспечит необходимые газоблокирующие свойства тампонажному раствору, приготовленному из смеси и необходимую изоляционную способность цементного камня, его прочное сцепление с колонной и стенками скважин.
Использование в качестве расширяющейся добавки на основе СаО приводит к линейному расширению, но имеет следующие ограничения. При гашении СаО происходит дисперирование ее частиц в результате чего значительно увеличивается их удельная поверхность. Это приводит к связыванию свободной воды в тампонажном растворе и снижение его подвижности. Повышаются структурно-реологические показатели раствора, что влияет на процесс цементирования скважин, и, в конечном итоге снижается качество ее крепи. Кроме того, процесс гидратации СаО в основном заканчивается до момента образования цементного камня, то есть энергия расширения не приводит к увеличению внутренних напряжений, а способствует лишь раздвиганию несвязанных продуктов твердения, и как следствие, увеличивается объем цементно-водной суспензии. В связи с этим плотность контакта цементного камня с сопредельными средами не увеличивается.
Применение портландцемента ПЦТ-1-50 ограничивает область применения сухой смеси в диапазоне 0-50°C. В случае применения данной марки портландцемента в условиях свыше 50°C возможно нарушение процесса цементирования обсадной колонны ввиду преждевременного начала сроков схватывания тампонажного раствора и полной или частичной потери его подвижности.
Техническая задача - повышение качества цементирования обсадных колонн за счет увеличения прочности сцепления цементного камня с обсадной колонной и породой, что предотвращает не герметичность колонн и межпластовые перетоки во время эксплуатации скважин.
Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения:
- получение не слеживающейся, не комкующейся, обладающей высокой стабильностью сухой смеси и расширяющегося тампонажного раствора из указанной сухой смеси с улучшенными структурно-реологическими показателями, высокими газоблокируюшими свойствами, обеспечивающего формирование цементного камня с повышенными показателями прочности и получением плотного контакта цемента с породой и обсадной колонной за счет увеличения интенсивности действия расширяющейся добавки;
- расширение ассортимента реагентов;
- сокращение времени и упрощение технологии приготовления расширяющегося тампонажного раствора;
- экономия транспортных расходов.
Технический результат достигается с помощью предлагаемой сухой смеси для приготовления расширяющегося тампонажного раствора, содержащей портландцемент, Ультрацемент, натрия боргидрид технический, Сульфацелл, добавку для бетонов и строительных растворов полифункционального действия «ПФМ-НЛК» (добавка «ПФМ-НЛК»), Полицем Дефом, добавку для снижения водо-газопроницаемости цементного камня Полицем Газблок (Полицем Газблок) и полипропиленовое волокно с длиной волокон 6-8 мм, диаметром 18 мкм при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:
| Портландцемент | 78,40-81,85 |
| Ультрацемент | 9,09-19,77 |
| Натрия боргидрид технический | 1-7 |
| Сульфацелл | 0,3-0,5 |
| Добавка «ПФМ-НЛК» | 0,3-0,5 |
| Полицем Дефом | 0,1-0,5 |
| Полицем Газблок | 0,1-0,5 |
| Полипропиленовое волокно | |
| с длиной волокон 6-8 мм, диаметром 18 мкм | 0,03-0,06. |
Заявляемая сухая смесь соответствует условию «новизны».
Для приготовления сухой смеси используют: портландцемент по ГОСТ 1581-96, Микронизированный цемент - Ультрацемент по ТУ 5739-019-56864391-2010, натрия боргидрид технический по ТУ 1-92-162-90, Сульфацелл по ТУ 2231-013-32957739-2001, выпускаемый ЗАО «Полицелл», г. Владимир, представляющий собой гидрооксицеллюлозу, добавку для бетонов и строительных растворов полифункционального действия «ПФМ-НЛК» по ТУ 5745-022-58042865-2007 в форме порошка, состоящую из поверхностно - активных натриевых солей полиметиленнафталинсульфокислот, воздухововлекающего и гидрофобизирующего компонента. Основные компоненты, входящие в состав добавки: метиленбис (нафталинсульфонат динатрий), лигносульфонат натрия, метилсиликонат натрия (полидиметилисилоксан). Полицем Дефом используют по ТУ 2458-081-97457491-2012, добавку для снижения водо- и газопроницаемости цементного камня Полицем Газблок по ТУ 2458-065-97457491-2012, представляющую собой композицию на основе синтетических сульфированных полимеров, полипропиленовое волокно с длиной волокон 6-8 мм, диаметром 18 мкм, представляющее собой обработанное волокно, способное к диспергированию в водной среде, прочность на растяжение составляет 557 МПа, температура плавления 160°C. Производитель «S.A Belgian Fibers N.V.» (Бельгия).
В настоящее время для приготовления тампонажных растворов по традиционной технологии химические реагенты, входящие в состав рецептуры, доставляются на буровую независимо друг от друга, что в процессе приготовления приводит к систематическим нарушениям технологии получения тампонажного раствора. При этом наиболее распространенными недостатками являются отсутствие соответствующих условий хранения химических реагентов, неточная их дозировка, приводящая к их перерасходу и снижению эффективности функциональных свойств, нарушение последовательности ввода реагентов и др.
Основным направлением совершенствования технологии приготовления тампонажных растворов является их приготовление из смеси сухих порошкообразных ингредиентов.
Авторами изобретения предлагается сухая смесь для приготовления расширяющегося тампонажного раствора, которая представляет собой совокупность находящихся в соприкосновении твердых компонентов системы или их агломератов, то есть это типичная дисперсная система, в которой происходит распределение дисперсной фазы в дисперсионной воздушной среде.
Основу сухой смеси составляет портландцемент, который, как известно, имеет склонность к слеживанию и комкованию.
Под слеживаемостью сухой смеси понимают способность прочного сцепления его частиц между собой и образования монолитной массы в зависимости от ее напряженного состояния и внешних условий. Портландцемент выпускается различных марок и в зависимости от процесса измельчения, его частицы будут крупнее или мельче. При уменьшении размеров частиц увеличивается число точек соприкосновения их друг с другом, соответственно, для цемента мелкого помола слеживаемость увеличивается. Слеживаемость и комкование приводят к снижению сыпучести сухой смеси и не позволяют растворить ее в воде при приготовлении тампонажного раствора. Слеживаемость обусловлена спрессовыванием цементных частиц за счет пластической деформации под действием масс вышележащих слоев и гигроскопичность цемента.
Для обеспечения необходимой сыпучести и получения высокой стабильности при хранении предлагаемая сухая смесь содержит натрия боргидрид технический в указанном количественном соотношении, который препятствует слеживанию и комкованию смеси.
Натрия боргидрид технический - неорганическая соль плотностью 1070 кг/м3. При добавлении его в сухую смесь происходит равномерное распределение между цементными частицами, что препятствует увеличению площади контакта между ними. Механизм действия состоит в следующем. Благодаря особенностям кристаллической структуры натрия боргидрида, поверхность его частиц обладает электростатическим зарядом, в результате чего происходит взаимодействие между частицами натрия борогидрида и другими реагентами, входящими в состав сухой смеси. Это приводит к образованию адсорбционных слоев из частиц натрия борогидрида. Получаемые в результате этого взаимодействия конгломераты также имеют электростатический заряд, что приводит к отталкиванию частиц смеси между собой. Данное препятствует сближению частиц, в результате чего частицы сухой смеси не слипаются. Как результат сухая смесь не слеживается и не комкуется, обладает высокой стабильностью.
За условный показатель слеживаемости сухой смеси, определяемого по ГОСТ 12801-98, принимают количество ударов, необходимое для полного разрушения образца конусом.
Составы сухой смеси для приготовления расширяющегося тампонажного раствора приведены в таблице.
Таким образом, натрия боргидрид технический выполняет роль антикомкователя, что подтверждается данными экспериментальных исследований и свидетельствует о высокой стабильности сухой смеси.
Ультрацемент обеспечивает высокую проникающую способность тампонажному раствору, приготавливаемому из предлагаемой сухой смеси, за колонну, позволяющему ему проникать в тонкие поры и трещины породы, одновременно улучшая прочностные характеристики цементного камня.
Содержание Сульфацелла в составе сухой смеси в указанном количественном соотношении, обеспечивает низкие показатели фильтрации, исключаются седиментационные процессы. В результате чего обеспечивается отсутствие водоотделения получаемого тамонажного раствора. За счет синергетического эффекта во взаимодействии с другими ингредиентами, тампонажный раствор, получаемый из предлагаемой сухой смеси, с низкими показателями фильтрации в промысловых условиях обеспечит сохранение коллекторских свойств продуктивных пластов и предотвратит преждевременное загустевание тампонажного раствора и подъем его на проектную высоту.
Получение из предлагаемой сухой смеси расширяющегося тампонажного раствора с достаточно низкими значениями реологических параметров - улучшенными структурно - реологическими свойствами обусловлено следующим.
Содержание добавки «ПФМ-НЛК» позволяет повысить подвижность тампонажного раствора, модифицируя структуру тампонажного раствора, уплотняя ее, что приводит к более полному замещению бурового раствора тампонажным при проведении цементировочных работ, а также увеличивает прочность цементного камня. Снижаются водосодержание и фильтратоотдача тампонажного раствора, что также приводит к формированию цементного камня с повышенными показателями прочности, улучшенными изолирующими свойствами Механизм действия добавки «ПФМ-НЛК» - пластификатора заключается в блокировании активных центров на краях зерен цемента и ребрах элементарных пакетов новообразований. Это препятствует сцеплению или ослабляет силы сцепления их друг с другом, и тем самым тормозит процесс структурообразования или значительно снижает прочность коагуляционной структуры, а, следовательно, снижает структурно - реологические параметры (пластическую вязкость, статическое напряжение сдвига и динамическое напряжение сдвига) тампонажного раствора и, соответственно, гидродинамического давления в процессе тампонирования.
Содержание Полицем Дефом обеспечивает снижение пенообразования и оказывает влияние на плотность тампонажного раствора, повышает прочностные показатели цементного камня, формирующегося при твердении.
Благодаря введению в рецептуру сухой смеси ингредиента - натрия боргидрида технического, выполняющего еще и роль расширяющейся добавки, получают показатель расширения, который обеспечивает плотный контакт цемента с породой и обсадной колонной за счет увеличения интенсивности действия расширяющейся добавка. В результате процесса расширения получают цементный камень необходимой прочности и исключается его саморазрушение. Гидролиз натрия боргидрида (NaBH4) происходит по следующей реакции
NaBH4+4H2O→NaB(OH)4+4Н2↑.
Газообразный водород образуется при взаимодействии воды затворения с натрия боргидридом. Реакция интенсифицируется в присутствии щелочных составляющих предлагаемой сухой смеси. Мельчайшие пузырьки газа, проходя через массу, заставляют ее расширяться. Увеличение количества газа в ходе реакции, а также повышение температуры, вызывает расширение пузырьков газа и возникновение собственных напряжений. Продолжительность реакции обычно составляет приблизительно около 1 часа; выделение газа, как правило, прекращается перед схватыванием цемента. Введение расширяющейся добавки, роль которой выполняет натрия боргидрид, позволяет получить дополнительные центры кристаллизации гидросиликатов кальция между зернами цемента, что значительно ускоряет развитие ранней прочности цементного камня, а, благодаря повышенному дополнительному армированию цементного камня кристаллизующимися солями, когда вводится расширяющая добавка (дополнительно образуются кристаллы боратов металлов), изменяется пористость и повышается плотность цементного камня. В результате гидратации силикатных фаз портландце-ментного клинкера образуется полимерная структура с большим количеством силоксановых (Si-O-Si) связей, а расширяющая добавка физически компенсирует усадочные напряжения, которые могут происходить в цементном камне в процессе твердения. Образующийся в процессе гидролиза натрия боргидрида борат натрия является замедлителем схватывания тампонажного раствора, что предупреждает его преждевременное схватывание.
Синергетический эффект взаимодействия используемых ингредиентов в указанном количественном соотношении позволяет получить цементный камень с высокими адгезионными и прочностными показателями уже на ранней стадии твердения 1-2 суток.
Полипропиленовое волокно, представляющее собой тончайшее синтетическое волокно с длиной волокон 6-8 мм, диаметром 18 мк получаемое из высокомодульного термопластичного полимера путем экструзии и последующего вытягивания, играет роль армирующего компонента. Армирование позволяет обеспечить быстрый набор структурной прочности, препятствует усадке и повышает устойчивость цементного камня к растрескиванию. Такой цементный камень характеризуется более высокой прочностью на изгиб и сжатие.
Указанное полипропиленовое волокно обеспечивает устойчивость к образованию трещин в цементном камне за счет повышения:
- седиментационной устойчивости раствора (частицы цемента «зависают» на волокнах);
- скорости гидратации на начальном этапе твердения (снижаются внутренние нагрузки), что способствует сокращению времени между началом и концом схватывания раствора.
Для регулирования нарастания прочности формируемого цементного камня в сухой смеси содержится добавка Полицем Газблок, которая замедляет нарастание предельного статического напряжения сдвига тампонажного раствора, способствуя передаче гидростатического давления на забой скважины в конце периода замедленного нарастания предельного статического напряжения сдвига вызывает быстрое схватывание цементного раствора, препятствуя проникновению газа в заколонное пространство. Синергетический эффект действия Сульфацелла и Полицем Газблок обеспечивает высокие газоблокирующие свойства тампонажному раствору и невозможность прорыва газовых флюидов (межпластовых перетоков) в течение длительного времени.
Содержание в сухой смеси Ультрацемента в количестве менее 9,09 мас. % не обеспечивает получение необходимых показателей прочности цементного камня, а более 19,77 мас. % приводит к сокращению сроков схватывания и прокачиваемости, и, как следствие, снижает технологичности проводимых работ при цементировании скважин.
Содержание в сухой смеси натрия боргидрида технического в количестве менее 1 мас. % нецелесообразно так как не обеспечивается сохранение сыпучести сухой смеси, что приводит к ее слеживаемости и комкованию, а недостаточное газогенерирование не обеспечит необходимого расширения тампонажного раствора, а, следовательно, и получения плотного контакта цемента с породой и обсадной колонной.
Содержание в сухой смеси натрия боргидрида технического в количестве более 7 мас. % экономически нецелесообразно.
Содержание в сухой смеси Сульфацелла в количестве менее 0,3 мас. % и Полицем Газблок в количестве менее 0,1 мас. % нецелесообразно, так как ухудшаются структурно - реологические свойства тампонажного раствора, увеличиваются показатели фильтратоотдачи и водоотделения тампонажного раствора. Кроме того не предотвращается миграция пластовых флюидов в заколонное пространство.
Содержание в сухой смеси Сульфацелла в количестве более 0,5 мас. % и Полицем Газблок в количестве более 0,5 мас. % приводит к резкому возрастанию вязкостных свойств, в связи с чем могут возникнуть осложнения при прокачивании тампонажного раствора в процессе использования.
Содержание в сухой смеси добавки «ПФМ-НЛК» в количестве менее 0,3 мас. % не обеспечивает необходимых пластифицирующих свойств тампонажному раствору, увеличивая показатели фильтратоотдачи, а содержание в количестве более 0,5 мас. % способствует дополнительному пенообразованию тампонажного раствора, что приводит к затруднению при его прокачивании.
Содержание в сухой смеси Полицем Дефом менее 0,1 мас. % не обеспечит пеногашения, а содержание в количестве более 0,5 мас. % экономически нецелесообразно.
Содержание в сухой смеси полипропиленового волокна с длиной волокон 6-8 мм, диаметром 18 мк менее 0,03 мас. % ухудшает прочностные свойства формируемого цементного камня, а содержание в количестве более 0,06 мас. % приводит к увеличению значений реологических показателей.
Сухую смесь и расширяющийся тампонажный раствор из нее, готовят в заводских условиях с использованием весовых дозаторов и смесителя. Предлагаемая сухая смесь при условии правильного хранения может иметь неограниченный срок годности и может быть использована в любой необходимый момент времени для приготовления из нее расширяющегося тампонажного раствора. Процесс приготовления из сухой смеси расширяющегося тампонажного раствора является достаточно простым и позволяет обеспечить сокращение времени и упростить технологию приготовления расширяющегося тампонажного раствора из используемых недефицитных ингредиентов. При этом снижаются и транспортные расходы, так как перевозка жидкого продукта экономически невыгодна, а также расширяется ассортимент реагентов
Таким образом, согласно вышесказанному предлагаемая совокупность существенных признаков, обеспечивает достижение заявляемого технического результата. Заявляемая сухая смесь для приготовления расширяющегося тампонажного раствора соответствует условию «изобретательский уровень».
Более подробно сущность заявляемого изобретения описывается следующими примерами.
Примеры (лабораторные). Процесс приготовления сухой смеси заключается в смешивании ингредиентов сухой смеси. Получение тампонажного раствора осуществляют путем затворения сухой смеси на жидкости затворения.
Пример №1.
Готовят 1000 г сухой смеси, г/мас. %:
| Портландцемент ПЦТ III-Об 6-100 | 784/78,40 |
| Ультрацемент | 197,7/19,77 |
| Натрия боргидрид технический | 10/1 |
| Сульфацелл | 3/0,3 |
| Добавка «ПФМ-НЛК» | 3/0,3 |
| Полицем Дефом | 1/0,1 |
| Полицем Газблок | 1/0,1 |
| Полипропиленовое волокно | |
| с длиной волокон 6-8 мм, диаметром 18 мкм | 0,3/0,03. |
Сухую смесь тщательно перемешивают.
Для приготовления расширяющегося тампонажного раствора с водоцементным отношение В/Ц=0,6 сухую смесь вводят в жидкость затворения. Перемешивают в течение 45 минут. После чего определяют свойства тампонажного раствора и цементного камня: плотность р=1600 кг/м3, растекаемость - 19 см, водоотделение - 2 мл, фильтратоотдача через 30 мин - 45 мл, статическое напряжение сдвига через СНС через 1 мин /10 мин составляет 49/100, линейное расширение через 5 часов - 2,0%, предел прочности при изгибе/сжатии - 2,2/3,6 МПа, время загустевания при температуре 70°C - 100 мин, усилие выталкивания образца - 1,5 МПа, проницаемость цементного камня 0,0672 мД, сроки схватывания - начало 8 ч 00 мин, конец 10 ч 00 мин.
Пример №2.
Готовят 1000 г сухой смеси, мас. %:
| Портландцемент ПЦТ III-Об 6-100 | 801,3/80,13 |
| Ультрацемент | 144/314,43 |
| Натрия боргидрид технический | 40/4 |
| Сульфацелл | 4/0,4 |
| Добавка «ПФМ-НЛК» | 4/0,4 |
| Полицем Дефом | 3/0,3 |
| Полицем Газблок | 3/0,3 |
| Полипропиленовое волокно | |
| с длиной волокон 6-8 мм, диаметром 18 мкм | 0,4/0,04. |
Для приготовления расширяющегося тампонажного раствора с В/Ц=0,6 сухую смесь вводят в жидкость затворения. После чего определяют свойства приготовленного тампонажного раствора и цементного камня: плотность р=1600 кг/м3, растекаемость - 21 см, водоотделение - 0 мл, фильтратоотдача через 30 мин - 36 мл, статическое напряжение сдвига через СНС через 1 мин /10 мин составляет 50/100, линейное расширение через 5 часов - 7,0%, предел прочности при изгибе/сжатии - 2,3/4,5 МПа, время загустевания при температуре 70°C - 80 мин, усилие выталкивания образца - 1,6 МПа, проницаемость цементного камня - 0,00325 мД, сроки схватывания - начало 7 ч 00 мин, конец 9 ч 00 мин.
Пример №3.
Готовят 1000 г сухой смеси, мас. %:
| Портландцемент ПЦТIII-О66-100 | 818,5/81,85 |
| Ультрацемент | 90,9/9,09 |
| Натрия боргидрид технический | 70/7 |
| Сульфацелл | 5/0,5 |
| Добавка «ПФМ-НЖ» | 5/0,5 |
| Полицем Дефом | 5/0,5 |
| Полицем Газблок | 5/0,5 |
| Полипропиленовое волокно | |
| с длиной волокон 6-8 мм, диаметром 18 мкм | 0,6/0,06. |
Для приготовления расширяющегося тампонажного раствора с В/Ц=0,6 сухую смесь вводят в жидкость затворения. После чего определяют свойства приготовленного тампонажного раствора и цементного камня плотность р=1600 кг/м3, растекаемость - 23 см, водоотделение - 0 мл, фильтратоотдача через 30 мин - 24 мл, статическое напряжение сдвига через СНС через 1 мин /10 мин составляет 80/160, линейное расширение через 5 часов - 9,0%, предел прочности при изгибе/сжатии - 2,4/4,0 МПа, время загустевания при температуре 70°C - 70 мин, усилие выталкивания образца - 1,8 МПа, проницаемость цементного камня - 0,00257 мД, сроки схватывания - начало 7 ч 00 мин, конец 8 ч 00 мин.
Пример №6.
Готовят 1000 г сухой смеси, г/мас. %:
| Портландцемент ПЦТ -I-G | 784/78,40 |
| Ультрацемент | 197,7/19,77 |
| Натрия боргидрид технический | 10/1 |
| Сульфацелл | 3/0,3 |
| Добавка «ПФМ-НЛК» | 3/0,3 |
| Полицем Дефом | 1/0,1 |
| Полицем Газблок | 1/0,1 |
| Полипропиленовое волокно | |
| с длиной волокон 6-8 мм, диаметром 18 мкм | 0,3/0,03. |
Для приготовления расширяющегося тампонажного раствора с В/Ц=0,44 сухую смесь вводят в жидкость затворения. После чего определяют свойства приготовленного тампонажного раствора и цементного камня: плотность р=1930 кг/м3, растекаемость - 21 см, водоотделение - 2 мл, фильтратоотдача через 30 мин - 50 мл, статическое напряжение сдвига через СНС через 1 мин /10 мин составляет 35/91, линейное расширение через 5 часов - 1,0%, предел прочности при изгибе/сжатии - 3,0/8,0 МПа, время загустевания при температуре 70°C - 92 мин, усилие выталкивания образца - 2,8 МПа, проницаемость цементного камня - 0,00286 мД, сроки схватывания - начало 6 ч 10 мин, конец 8 ч 15 мин.
Пример №7.
Готовят 1000 г сухой смеси, мас. %:
| Портландцемент ПЦТ-I-G | 801,3/80,13 |
| Ультрацемент | 144,3/14,43 |
| Натрия боргидрид технический | 40/4 |
| Сульфацелл | 4/0,4 |
| Добавка «ПФМ-НЛК» | 4/0,4 |
| Полицем Дефом | 3/0,3 |
| Полицем Газблок | 3/0,3 |
| Полипропиленовое волокно | |
| с длиной волокон 6-8 мм, диаметром 18 мкм | 0,4/0,04. |
Для приготовления расширяющегося тампонажного раствора с В/Ц=0,44 сухую смесь вводят в жидкость затворения. После чего определяют свойства приготовленного тампонажного раствора и цементного камня: плотность р=1930 кг/м3, растекаемость - 24 см, водоотделение - 0 мл, фильтратоотдача через 30 мин - 30 мл, статическое напряжение сдвига через СНС через 1 мин /10 мин составляет 50/130, линейное расширение через 5 часов - 6,0%, предел прочности при изгибе/сжатии - 4,2/13,2 МПа, время загустевания при температуре 70°C - 80 мин, усилие выталкивания образца - 3,0 МПа, проницаемость цементного камня - 0,00201 мД, сроки схватывания - начало 3 ч 50 мин, конец 6 ч 20 мин.
Пример №8.
Готовят 1000 г сухой смеси, мас. %:
| Портландцемент ПЦТ-I-G | 818,5/81,85 |
| Ультрацемент | 90,9/9,09 |
| Натрия боргидрид технический | 70/7 |
| Сульфацелл | 5/0,5 |
| Добавка «ПФМ-НЛК | 5/0,5 |
| Полицем Дефом | 5/0,5 |
| Полицем Газблок | 5/0,5 |
| Полипропиленовое волокно | |
| с длиной волокон 6-8 мм, диаметром 18 мкм | 0,6/0,06. |
Для приготовления расширяющегося тампонажного раствора 0,44 сухую смесь вводят в жидкость затворения. После чего определяют свойства приготовленного тампонажного раствора и цементного камня: плотность р=1940 кг/м3, растекаемость - 21 см, водоотделение - 0 мл, фильтратоотдача через 30 мин - 24 мл, статическое напряжение сдвига через СНС через 1 мин /10 мин составляет 80/200, линейное расширение через 5 часов - 9,0%, предел прочности при изгибе/сжатии - 5,7/15 МПа, время загустевания при температуре 70°C - 76 мин, усилие ия образца - 3,2 МПа, проницаемость цементного камня - 0,00081 мД, сроки схватывания - начало 3 ч 00 мин, конец 5 ч 40 мин.
Пример 11.
Готовят 1000 г сухой смеси, г/мас. %:
| Портландцемент ПЦТ-I-G | 784/78,4 |
| Ультрацемент | 197,7/19,77 |
| Натрия боргидрид технический | 10/1 |
| Сульфацелл | 3/0,3 |
| Добавка «ПФМ-НЛК» | 3/0,3 |
| Полицем Дефом | 1/0,1 |
| Полицем Газблок | 1/0,1 |
| Полипропиленовое волокно | |
| с длиной волокон 6-8 мм, диаметром 18 мкм | 0,3/0,03. |
Для приготовления расширяющегося тампонажного раствора с В/Ц=0,45 сухую смесь вводят в жидкость затворения. После чего еляют свойства приготовленного тампонажного раствора и цементного камня: плотность р=2100 кг/м3, растекаемость - 25 см, водоотделение - 3 мл, фильтратоотдача через 30 мин - 72 мл, статическое напряжение сдвига через СНС через 1 мин /10 мин составляет 53/130, линейное расширение через 5 часов - 1,0%, предел прочности при изгибе/сжатии - 6,7/19 МПа, время загустевания при температуре 70°C - 120 мин, усилие выталкивания образца - 3,7 МПа, проницаемость цементного камня - 0,0157 мД, сроки схватывания - начало 3 ч 50 мин, конец 7 ч 55 мин.
Пример №12.
Готовят 1000 г сухой смеси, мас. %:
| Портландцемент ПЦТ-I-G | 801,3/80,13 |
| Ультрацемент | 144,3/14,43 |
| Натрия боргидрид технический | 40/4 |
| Сульфацелл | 4/0,4 |
| Добавка «ПФМ-НЛК» | 4/0,4 |
| Полицем Дефом | 3/0,3 |
| Полицем Газблок | 3/0,3 |
| Полипропиленовое волокно | |
| с длиной волокон 6-8 мм, диаметром 18 мкм | 0,4/0,04. |
Для приготовления расширяющегося тампонажного раствора с В/Ц=0,47 сухую смесь вводят в жидкость затворения. После определют свойства приготовленного тампонажного раствора и цементного камня: плотность р=2220 кг/м3, растекаемость - 23 см, водоотделение - 0 мл, фильтратоотдача через 30 мин - 70 мл, статическое напряжение сдвига через СНС через 1 мин /10 мин составляет 60/150, линейное расширение через 5 часов - 7,0%, предел прочности при изгибе/сжатии - 8,2/22 МПа, время загустевания при температуре 70°C - 90 мин, усилие выталкивание образца - 4,0 МПа, проницаемость цементного камня - 0,0045 мД, сроки схватывания, начало 9 ч 00 мин, конец 11 ч 00 мин.
Пример №13.
Готовят 1000 г сухой смеси, мас. %.:
| Портландцемент ПЦТ-I-G | 818,5/81,85 |
| Ультрацемент | 90,9/9,09 |
| Натрия боргидрид технический | 70/7 |
| Сульфацелл | 5/0,5 |
| Добавка «ПФМ-НЛК» | 5/0,5 |
| Полицем Дефом | 5/0,5 |
| Полицем Газблок | 5/0,5 |
| Полипропиленовое волокно | |
| с длиной волокон 6-8 мм, диаметром 18 мкм | 0,6/0,06. |
Для приготовления расширяющегося тампонажного раствора с В/Ц=0,48 сухую смесь вводят в жидкость затворения. После чего определяют свойства приготовленного тампонажного раствора и цементного камня: плотность р=2200 кг/м3, растекаемость - 22 см, водоотделение - 0 мл, фильтратоотдача через 30 мин - 61 мл, статическое напряжение сдвига через СНС через 1 мин /10 мин составляет 70/171, линейное расширение через 5 часов - 9,0%, предел прочности при изгибе/сжатии - 8,5/23 МПа, время загустевания при температуре 70°C - 80 мин, усилие выталкивания образца - 4,2 МПа, проницаемость цементного камня - 0,0038 мД, сроки схватывания - начало 8 ч 20 мин, конец 10 ч 05 мин.
Пример №16.
Готовят 1000 г сухой смеси, г/мас. %:
| Портландцемент ПЦТ III-Об 6-100 | 784/78,40 |
| Ультрацемент | 197,7/19,77 |
| Натрия боргидрид технический | 10/1 |
| Сульфацелл | 3/0,3 |
| Добавка «ПФМ-НЛК» | 3/0,3 |
| Полицем Дефом | 1/0,1 |
| Полицем Газблок | 1/0,1 |
| Полипропиленовое волокно | |
| с длиной волокон 6-8 мм, диаметром 18 мкм | 0,3/0,03 |
Для приготовления расширяющегося тампонажного раствора с В/Ц=0,6 сухую смесь вводят в жидкость затворения. После чего определяют свойства приготовленного тампонажного раствора и цементного камня: плотность р=1600 кг/м3, растекаемость - 27 см, водоотделение - 2 мл, фильтратоотдача через 30 мин - 40 мл, статическое напряжение сдвига через СНС через 1 мин /10 мин составляет 54/130, линейное расширение через 5 часов - 1,0%, предел прочности при изгибе/сжатии - 1,7/2,0 МПа, время загустевания при температуре 70°C - 160 мин, усилие выталкивания образца - 1,3 МПа, проницаемость цементного камня 0,0621 мД, сроки схватывания - начало 8 ч 10 мин, конец 10 ч 30 мин.
Пример №17. Готовят 1000 г сухой смеси, мас. %:
| Портландцемент ПЦТIII-Об 6-100 | 801,3/80,13 |
| Ультрацемент | 144,3/14,43 |
| Натрия боргидрид технический | 40/4 |
| Сульфацелл | 4/0,4 |
| Добавка «ПФМ-НЛК» | 4/0,4 |
| Полицем Дефом | 3/0,3 |
| Полицем Газблок | 3/0,3 |
| Полипропиленовое волокно | |
| с длиной волокон 6-8 мм, диаметром 18 мкм | 0,4/0,04. |
Для приготовления расширяющегося тампонажного раствора с В/Ц=0,6 сухую смесь вводят в жидкость затворения. После чего определяют свойства приготовленного тампонажного раствора и цементного камня: плотность р=1600 кг/м3, растекаемость 25 см, водоотделение - 0 мл, фильтратоотдача через 30 мин - 36 мл, статическое напряжение сдвига через СНС через 1 мин /10 мин составляет 60/140, линейное расширение через 5 часов - 6,5%, предел прочности при изгибе/сжатии - 1,8/2,3 МПа, время загустевания при температуре 70°C - 180 мин, усилие выталкивания образца - 1,4 МПа, проницаемость цементного камня - 0,00315 мД, сроки схватывания - начало 7 ч 40 мин, конец 9 ч 30 мин.
Пример №18.
Готовят 1000 г сухой смеси, мас. %.:
| Портландцемент ПЦТIII-Об 6-100 | 818,5/81,85 |
| Ультрацемент | 90,9/9,09 |
| Натрия боргидрид технический | 70/7 |
| Сульфацелл | 5/0,5 |
| Добавка «ПФМ-НЛК» | 5/0,5 |
| Полицем Дефом | 5/0,5 |
| Полицем Газблок | 5/0,5 |
| Полипропиленовое волокно | |
| с длиной волокон 6-8 мм, диаметром 18 мкм | 0,6/0,06. |
Для приготовления расширяющегося тампонажного раствора с В/Ц=0,6 сухую смесь вводят в жидкость затворения. После чего определяют свойства приготовленного тампонажного раствора и цементного камня: плотность р=1600 кг/м3, растекаемость - 23 см, водоотделение - 0 мл, фильтратоотдача через 30 мин - 33 мл, статическое напряжение сдвига через СНС через 1 мин /10 мин составляет 65/170, линейное расширение через 5 часов - 7,5%, предел прочности при изгибе/сжатии - 1,8/3,5 МПа, время загустевания при температуре 70°C - 180 мин, усилие выталкивания образца - 1,6 МПа, проницаемость цементного камня - 0,00291 мД, сроки схватывания - начало 7 ч 00 мин, конец 8 ч 10 мин.
Пример №21. Готовят 1000 г сухой смеси, г/мас. %:
| Портландцемент ПЦТ III-Об 6-100 | 784/78,40 |
| Ультрацемент | 197,7/19,77 |
| Натрия боргидрид технический | 10/1 |
| Сульфацелл | 3/0,3 |
| Добавка «ПФМ-НЛК» | 3/0,3 |
| Полицем Дефом | 1/0,1 |
| Полицем Газблок | 1/0,1 |
| Полипропиленовое волокно | |
| с длиной волокон 6-8 мм, диаметром 18 мкм | 0,3/0,03. |
Сухую смесь тщательно перемешивают.
Для приготовления расширяющегося тампонажного раствора с В/Ц=0,44 сухую смесь вводят в жидкость затворения. После чего определяют свойства приготовленного тампонажного раствора и цементного камня: плотность р=1930 кг/м3, растекаемость - 23 см, водоотделение - 1 мл, фильтратоотдача через 30 мин - 50 мл, статическое напряжение сдвига через СНС через 1 мин /10 мин составляет 80/210, линейное расширение через 5 часов - 1,0%, предел прочности при изгибе/сжатии - 2,5/4,7 МПа, время загустевания при температуре 70°C - 120 мин, усилие выталкивания образца - 2,4 МПа, проницаемость цементного камня 0,00216 мД, сроки схватывания - начало 3 ч 40 мин, конец 9 ч 05 мин.
Пример №22. Готовят 1000 г сухой смеси, мас. %:
| Портландцемент ПЦТ III-Об 6-100 | 801,380,13 |
| Ультрацемент | 144,3/14,43 |
| Натрия боргидрид технический | 40/4 |
| Сульфацелл | 4/0,4 |
| Добавка «ПФМ-НЛК» | 4/0,4 |
| Полицем Дефом | 3/0,3 |
| Полицем Газблок | 3/0,3 |
| Полипропиленовое волокно | |
| с длиной волокон 6-8 мм, диаметром 18 мкм | 0,4/0,04. |
Для приготовления расширяющегося тампонажного раствора с В/Ц=0,44 сухую смесь вводят в жидкость затворения. После чего определяют свойства приготовленного тампонажного раствора и цементного камня: плотность р=1930 кг/м3, растекаемость - 22 см, водоотделение - 0 мл, фильтратоотдача через 30 мин - 40 мл, статическое напряжение сдвига через СНС через 1 мин /10 мин составляет 80/250, линейное расширение через 5 часов - 3,0%, предел прочности при изгибе/сжатии - 3,0/8,0 МПа, время загустевания при температуре 70°C - 120 мин, усилие выталкивания образца - 2,8 МПа, проницаемость цементного камня - 0,00097 мД, сроки схватывания - начало 9 ч 00 мин, конец 15 ч 30 мин.
Пример №23. Готовят 1000 г сухой смеси, мас. %:
| Портландцемент ПЦТIII-Об 6-100 | 818,5/81,85 |
| Ультрацемент | 90,9/9,09 |
| Натрия боргидрид технический | 70/7 |
| Сульфацелл | 5/0,5 |
| Добавка «ПФМ-НЛК» | 5/0,5 |
| Полицем Дефом | 5/0,5 |
| Полицем Газблок | 5/0,5 |
| Полипропиленовое волокно | |
| с длиной волокон 6-8 мм, диаметром 18 мкм | 0,6/0,06. |
Для приготовления расширяющегося тампонажного раствора с В/Ц=0,44 сухую смесь вводят в жидкость затворения. После чего определяют свойства приготовленного тампонажного раствора и цементного камня: плотность р=1930 кг/м3, растекаемость - 20 см, водоотделение - 0 мл, фильтратоотдача через 30 мин - 36 мл, статическое напряжение сдвига через СНС через 1 мин /10 мин составляет 90/270, линейное расширение через 5 часов - 4%, предел прочности при изгибе/сжатии - 3,4/8,0 МПа, время загустевания при температуре 70°C - 110 мин, усилие выталкивания образца - 3,2 МПа, проницаемость цементного камня - 0,00064 мД, сроки схватывания - начало 5 ч 40 мин, конец 10 ч 10 мин.
В примеры №№1-5, 16-20 - используют портландцемент ПТЦ III - Об 6-100, в примерах №№6-15, 21- 25 - используют портландцемент ПТЦ - I-G. Для приготовления тампонажного раствора сухую смесь в примерах №№1-10 затворяют водным раствором хлорида кальция р=1032 кг/м3, в примерах №№11-15 - водным раствором формиата калия р=1300 кг/м3, в примерах №№16-25 водой. Свойства тампонажного раствора и цементного камня определяют при в соответствии с ГОСТ 1581-96 «Цементы тампонажные» и ГОСТ 26798.1-96 «Цементы тампонажные. Методы испытаний».
Результаты проведенных исследований представлены в таблице.
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует условиям «новизны, изобретательский уровень, промышленная применимость», то есть является патентоспособным.
Сухая смесь для приготовления расширяющегося тампонажного раствора, содержащая портландцемент, Ультрацемент, натрия боргидрид технический, Сульфацелл, добавку для бетонов и строительных растворов полифункционального действия «ПФМ-НЛК» (добавка «ПФМ-НЛК»), Полицем Дефом, добавку для снижения водо-газопроницаемости цементного камня Полицем Газблок (Полицем Газблок) и полипропиленовое волокно с длиной волокон 6-8 мм, диаметром 18 мкм при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:
| Портландцемент | 78,40-81,85 |
| Ультрацемент | 9,09-19,77 |
| Натрия боргидрид технический | 1-7 |
| Сульфацелл | 0,3-0,5 |
| Добавка «ПФМ-НЛК» | 0,3-0,5 |
| Полицем Дефом | 0,1-0,5 |
| Полицем Газблок | 0,1-0,5 |
| Полипропиленовое волокно | |
| с длиной волокон 6-8 мм, диаметром 18 мкм | 0,03-0,06 |
