Тампонажный материал для "холод-ных" скважин
Патент 817213
Авторы
Тампонажный материал для "холод-ных" скважин
Иллюстрации
Реферат
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Советскик
Социалистическик
Республик (ii@ 1 7213
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 2304,79 (21) 2757523/22-03 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет
Опубликовано 30-03.81. Бюллетень Йо 12 (51)М. Кл.
Е 21 В 33/138
С 04 В 7/14
Государственный комитет
СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 622- 245 ° .4:666.942 (088.8) Дата опубликования описания 300381
Я» <
I . Р
Ъ c
В.С. Данюшевский, Н.Х. Каримов, A.Â. Перов
И.С. Катеев и Н.С. Филатов (72) Авторы изобретения
Актюбинское отделение Казахского научноисследовательского геологоразведочного нефтяного института и Московский ордена Т
Красного Знамени институт нефтехимической и газовой промышленности им. И.N. Губкина (71) Заявители (54) ТАМПОНАЖНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ "ХОЛОДНЫХ"
СВАЖИН
Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности, к материалам, пригодным для цементирования нефтяных .и газовых скважин, которые в процессе эксплуатации могут изменить режим работы, например, для случаев, когда дальнейшей эксплуатацией осуществляется термическое воздействие на пласт.
Известен глиноэемистый цемент для цементирования "холодных" скважин j1j содержаний, вес.Ъ:
Высокоалюминатный шлак 27-50
Двуводный Al 0 55-10
Антифриз 0 05-2,5
Отходы фенопластов 7-35
Тампонажный цемент содержит молотый гранулированный шлак и кварце- . вый песок. Но этот цемент не способен достаточно быстро затвердевать в "холодных" условиях.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является, например, тампонажная термостойкая смесь для цементирования "холодных" скважин, подлежащих последующей термообработке, затвердевающая в холодных условиях, и хорошо сохраняющая свою прочность при повышении температуры в условиях отсутствия водной среды, т. е. когда нагревание сопровождается, высушиванием (2). Смесь содержит высокоактивное вяжущее — глиноземистый цемент и кремнеземистый компонент — молотый кварцевый песок при следующем содержании компонентов, вес.Ъ:
Глиноземистый цемент 50-70
Молотый кварцевый песок 30-50
Однако, при наличии гидротермаль ных условий в процессе термической обработки, т;е. водной или паровой среды, глиноземистый цемент склонен к перекристаллизации, сопровождающейся значительным снижением прочности.
Это объясняется тем, что глиноземистый цемент при цементировании в
"холодных" условиях образует метастабильные гидроалюминаты кальция, которые при высокой температуре во влажной среде перекристаллиэовываются в шестиводный трехкальциевый гидроалюминат..Процесс перекристаллиэации приводит к снижению прочности и долговечности цементного камня.
Цель изобретения — повышение прочности и долговечности затвердевшего
817213
О
Таблица1
Высокоактивное вях<ущее о -двухкальциевый силикат
Кремнеземистый компонент
15
15
60
30
30
35 в условиях "холодной" скважины цементного камня при последующей термической обработке с сохранием гидротермальных условий.
Укаэанная цель достигается тем, что известный тампонажный материал, содержащий высокоактивное вяжущее и кремнеземистый компонент, дополнительно содержит Х -двухкальциевый силикат при следующем соотношении указанных компонентов, вес.Ъ:
Высокоактивное вяжущее 15-30
-двухкальциевый силикат 40-70
Кремнеземистый компонент 15-30
В тампонажном материале можно выделить две составные части: высокоактивное вяжущее; у-двухкальциевый силикат и кремнеземистый компонент.
Высокоактивное вяжущее является быстро твердеющей при температурах до 100 С составной частью тампонажного материала. В качестве высокоактивного вяжущего может быть взят, например, портландцемент, глиноземистый цемент, полуводный гипс и др.
Вторая составная часть — у -двухкальциевый силикат и кремнеземистый компонент твердеет при термической обработке в условиях сохранения влажности. До начала гидротермального воздействия вторая составляющая тампонажного материала не участвует в процессе твердения, оставаясь инертным наполнителем.
При цементировании скважин в "холодных" условиях твердение камня обеспечивает первая составляющая— высокоактивное вяжущее, при этом происходит образование высокоосновных гидросиликатов и гидроалюмоферритов кальция.
Вторая составляющая — смесь Т
-двухкальциевого силиката и кремнеземистого компонента на этом этапе в процессе твердения не участвует, так как двухкальциевый силикат малоактивен и в температурных условиях "холодных" скважин не гидротируется.
При гидротермальном воздействии (например, при обработке скважины паром высокого давления) продукты гидратации высокоактивного вяжущего перекристаллиэовываются и затвердевший ранее камень теряет свою прочность. Но в то же время под воздей- ствием высокой температуры затаердевает смесь - -двухкальциевого силиката и кремнеэемистого компонента с образованием высокопрочного и долговечного камня, состоящего из низкоосновных гидросиликатов кальция, главным образом, ксонолита.
Обе составляющие химически совместимы и не оказывают отрицатель40
4S
á5 ного влияния на процессы твердения друг друга.
Соотношение составляющих тампонажного материала выбрано таким образом, чтобы высокоактивное вяжущее, потеряв при гидротермальном воздействии значительную часть своих физико-механических свойств, не оказывало отрицательного влияния на конечные свойства затвердевшего материала. В то же время его должно быть достаточно для обеспечения предварительного затвердевания в "холодных" условиях.
Состав тампонажного материала приведен в табл. 1.
Исходные компоненты — высокоактивное вяжущее, в качестве которого в тампо нажном материале содержится, например, портландцемент, Э" -двухкальциевый силикат, например, шлак рафинированного феррохрома, кремнеземистый компонент, например, измельченный кварцевый песок, смешиваются известными способами. Полученная сухая смесь затворяется водой и закачивается в скважину по известной технологии.
В качестве высокоактивного вяжущего, кроме портландцеме нт а, мо ry т быть использованы глиноземистый цемент, гипс и др, у. -двухкальциевый силикат может быть получен как промышленный продукт, кроме того, он часто, как основной продукт, содержится в различных металлургических шлаках (например, шлаки Актюбинского, Челябинского заводов ферросплавов и др.); в качестве кремнеземистого компонента может быть использован молотый кварцевый песок, диатомит опока зола и др.
В табл. 2 )даны прочностные характеристики полученного тампонажного материала при 20 и. ЗОООС.
Данные табл. 2 показывают, что при цементировании скважины только портландцементном в "холодных" условиях прочностные характеристики цементного камня достаточно высокие.
Но при гидротермальном воздействии цементный камень разрушается. При цементировании смесью портландцемента и песка начальная прочность получается выше, чем у предлагаемого состава, однако прочность после гидротермального воздействия значительно выше.
81721"" ких скважин с аномально высоким пластовым давлением.
Реализация недефицитных отходов, входящих в состав предлагаемого тампонажного материала, способствует очистке территории заводов и как следствие — решению проблем по охране окружающей среды.
Тампонажный материал позволяет цементировать скважины в "холодных" условиях, а затем надежно эксплуатировать их в условиях гидротермального воздействия. Кроме того, тампонажный материал является высокопрочным, а высокая плотность позволяет использовать его при цементировании глубоТаблица 2
Прочность при 20 С, кгс/см за сут.
2 8
Состав смеси, В
Растеicaeмость, см
Плотность и/ 3
Прочность при
3000 С, кгс/ск за сут изгиб сжатие
7 28 2 7 2 изгиб сжатие
Порт- Шлак Кварц ланд- . рафице- ниромент ванного фер— рохрома
0,45
134
6 12 18 14 20 30 57
8 14 20 16 22 36 52
12 20 28 18 26 47 43
17 31 44 41 — — 16
1,75 18
1,80 19
1,80 20
1,82 22
1,82 20
70
128
0,45
60
121
0,5
30
0 5
50
26 38 58 62
0,5
100
Шлак Кв арц рафинированного феррохрома
1,75 19 14 16 18 41 54 56
1,80 20 20 24 28 64 72 70
1,80 21 26 28 33 68 73 91
1,79 .20 23 28 31 63 79 85
1,83 22 48 54 52 131 188 198
15 70 15
22 60 18
30 40 30
50 50
0,45
101
48
0,45
88
0,5
0,5
0,5
100
Гипс
Кварц
20 8 9
21 9 8
22 12 14
21 18 20
18 24 26
15 0 5
18 0,6
30 0,6
50 0,6
0,65
15
22
30
100
Глино,земистый цементт
Шлак .рафинированного ферро.хрома
I Водо смесе вое от но1шение
В/С
1,65
0,60
1,60
1,56
1 55
21 20
26 27
34 35
54 66
55 57
58
54
38
О
98
121
116
817?13
Продолжение табл.
Состав смеси, рочность при
000 С, кгс/см за сут гиб сжатие
Портландцемент
Опаловидный кремнезем
151
12 24 46 51
20 31 51 49
24 38 64 34
30 65 72 12
15 0,6 1,70 19 5 10 15
18 0,6 1,70 18 7 11 18
30 0,65 1,65 20 10 16 22
50 0,90 1,50 24 12 26 34
15 70
22 60
30 40
108
106
35
Порт- Я -двух- Кварц ланд- каль— це- циемент вый силикат чистый (синтезированный) 15 0,45 1,75 18 13 18 20 39 51 52 55 124
18 0,45 1,80 19 18 22 29 61 69 74 49 116
30 0,50 1,80 20 24 27 30 71 73 90 42 102
15 70
22 60
30 40
Формула изобретения
+ -двухкальциеный силикат
Кремнеземистый компонент
40-70
15-30
Тампонажный материал для "холод- 45 ных" скважин, содержащий высокоактивное вяжущее и кремнеземис нент, о т л и ч а ю щ и и что, с целью повышения пр долговечности цементного последующей термической о сохранением гидротермальн он допопнительно содержит циевый силикат при следую шенин указанных компонент
Высокоактивное вяжущее
Редактор П.Макаревич
Заказ 1272/40 Тираж 627 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент"., г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Шлак рафинированного феррохрома тый компос я тем, Источники информации, очности и принятые во внимании при экспертизе камня при 5О бработке с 1. Авторское свидетельство СССР
ых условий, Р 490772, кл. С 04 В 13/08, 1976. у -двухкаль- 2. Агаева С.И. и др. Тампонажная щем соотно- тврмостойкая смесь фля цементироваов (вес.%): ния скважин, подлежащих последующей термообработке, ОНТС "Бурение", 15-30 1976, Р 12, с. 26-29.
Составитель Г. Сапронова
Техред М.Голинка Корректор Г- Решетник