Способ приготовления тампонажного раствора
Патент 881298
Авторы
Классы МПК
Способ приготовления тампонажного раствора
Иллюстрации
Реферат
Союз Соыетскик
Социалистическин
Республик
ОП ИСАНИЕ < 881298
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. свил-ву— (22)Заявлено 10.10.79 (21) 2832103/22-03 (51)M. Кл.
E 21 B 33/138 с присоединением заявки J%—
Геаударстинный комитет (23) П риоритет—
Опубликовано 15 ° 11° . 81 ° Бюллетень № 42 (53) удК 622.245. .42(088.8) ао делом изобретений н открытки
Дата опубликования описания 17.11.81
Г 3(Й;4» .,<;-;",,;,.
Il. Я. Зельцер и E. А. Машуков 1 <И g, ; <;, .
Восточно-Сибирский научно-исследовательскии институт. геологии, геофизики и минерального сырья (72) Авторы изобретения (7!) Заявитель (54) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА
Изобретение относится к строительству нефтяных и газовых скважин, а используется, в частности, для цементирования обсадных колонн, установки цементных мостов, ремонтных и изоляционных работ.
Известны тампонажные раствори для цементирования скважин, которые приготавливают смешиванием тампонажного портландцемента, полученного путем
10 помола цементного клинкера и добавок, с водной жидкостью затворения.
Клинкер размалывают до остатка на сите 11 008 при его просеивании, равного 6-133 от массы пробы или до
fS удельной поверхности, измеренной по методу воздухопроницаемости и составляюцей Б >А=-3000-3600 см /r (1).
Ввиду высокой степени дисперсности портландцемента на помол клинкера затрачивается значительное количество энергии и времени. При длительном хранении портландцемент сле><ивается за счет взаимодействия с влагой и углекислым газом воздуха и частично или полностью теряет свои вя><уцие свойства.
Известен также способ приготовления тампонажного раствора, включающий помол клинкера с добавкой гипса и последующее его затворение. При этом получается портландцемент с несколько более крупными фракциями остатком на сите tf 008, равным 30 от его массы (2).
Однако при приготовлении раствора из такого цемента при водоцементном отношении 0,5, соответствуюцем стандарту, увеличивается водоотделение, образующийся камень обладает пониженной прочностью и увеличенной проницаемостью, что снижает качество цементирования скважин. К тому же при таком незначительном снижении дисперсности портландцемента расход энергии и времени на помол клинкера сокращается незначительно, а слеживаемость портландцемента уменьшается в небольшой степени.
Цель изобретенил - уменьшение слеживаемости цемента при длительном хранении и повышение седиментационной устойчивости раствора, прочности и герметичности камня длительных сроков твердения.
Поставленная цель достигается тем, что помол клинкера ведут до удельной поверхности 1000-1500 смlг
7 а затворение ведут с одновременной активацией его, причем активацию производят путем затворенил водным раствором электролитов, содержащим 0,50,73 хлорида алюминия и 2,0-4>03 хлорида кальцил от веса цемента.
П р и и е р. Портландцементы приготавливаются совместным измепьчением клинкера Ангарского цемзавода95 и двуводного гипса - 53 в лабора" торной шаровой мельнице конструкции
Гипроцемента до удельных поверхностей (Ьу,) 3000 принятого за эталон
1500 и 1000 см /г, измеряемых по ме2 тоду воздухопроницаемости на приборе
ПСХ-4.
При измельчении клинкера измеряется время, затраченное на помол, и расход электроэнергии для каждого вида портландцемента.
В табл. 1 приведены энергозатраты на помол цементного клинкера.
Затворение осуществляется при водоцементном отношении 0,5: .цемента с
S =3000 см /r на питьевой воде, а цементов с Syp, равной 1000 и 1500 си/г водным раствором электролитов в количестве (вес.4 к цементу): хлорид алюминия — 0,1-1,3, хлорид кальция - 1,0
5,0 с последующим перемешиванием в пропеллерной мешалке при 1390 об/мин в ечение 15 мин во всех случаях.
В первой серии экспериментов определяются предельные значения количества вводимого раствора хлорида алюминия.
В таблице 2 показано влилние количества хлорида алюминия на показатели цементного раствора и камня.
Во второй серии одновременно вводятся хлориды алюминия и кальция с целью установления оптимального количества активирующих добавок.
В табл. 3 показано влияние количества добавок к цементам с S y, равным 1000 и 1500 см /г, хлорида кальция и хлорида алюминия на технологиВ третьей серии опытов определяется влияние времени хранения камня на технологические его параметры.
В табл. 4 показано влияние времени твердения камня на его технологические параметры.
Водоцементное отношение во всех экспериментах 0,5.
Свойства раствора и камня полученных из портландцементов с удельными поверхностями 5уд, равными 1000 и 1500 см2/г, достигают значений, близких к таковым с S®=3000 см /r, C при вводе добавок - электролитов. Оптимальное их количество составляет: хлорид алюминия - 0,5-0,7:;, а хлорид кальция — 2,0-4,0 ; к весу портландцемента. При увеличении или уменьшении количества добавок против указанных значений свойства тампонажного раствора и камня не соответствуют эталонным.
Так, при увеличении количества хлорида алюминия (см. табл.2) выше
1,13 (вес.Ъ к цементу с S =1000 см /г) и выше 0,9ь (вес.3 к цементу с 5у =
=1500 см /г) растекаемость становится меньше, чем регламентировано
ГОСТом 1581-78. При введении хлоридов алюминия и кальция совместно (см. табл. 3) и уменьшении содержания хлорида алюминия до 0,33, а хлорида кальция до 1,03 наблюдаются высокие растекаемость и водоотделение тампонажного раствора. При увеличении содержания хлорида алюминия до 0,9i, а хлорида кальция до 5,03 уменьшается предел прочности камня ïo 5965 кгс/см (110 кгс/см у эталонных образцов). У камня из всежего портландцемента с S „=3000 см /г проч2: ность на сжатие несколько выше, чем у камня из активированных портланд- цементов с S>>=1500 см /r — 1000 смlг (табл. 2), однако седиментация у последних значительно ниже (на 50-100/).
t увеличением же времени хранения цементного камня при S = 10001500 см /r исходного портландцемента он имеет прочностные показатели выше на 17-233, чем камень из портландцемента с S =3000 см /r.
:-Га счет более крупного помола достигается сокращение времени и энергозатрат на измельчение клинкера, что позволяет получить большее количест-
81298 4 ческие свойства цементного раствора и камня.
5 881298 4 во цемента за то же время помола или ветствующих по своим свойствам станто же количество за меньшее время, дартным, что дает возможность достиуменьшение слеживаемости портландце- гать высокого качества цементировамента при длительном хранении. Ввод ния скважин, расположенных в отдадобавок — электролитов в растворы у ленных, в частности, северных райоиз крупнодисперсного цемента способ- нах, куда доставка цемента осущестствуют химическому диспергированию це- вляется один раз в год, и уменьшить ментных зерен и приводит к получению количество выбрасываемого слежаааесуспензии и цементного камня, соот- гося цемента.
Таблица I!
Время, затраченное на измельчение клинкера, мин
Удельные энергозатраты на помол клинкера, кВт.ч/т
Удельная поверхность
5 1А, см /г .
10,2
1000
18 7
1500
60,0
3000
Таблица2
Проницаемость>
Прочность через 2 сут кгс/см < ст
Водоотделение, Растекаемость по рид алюия, .4 к цету А1С1я конусу
АзНИИ,см
2,85
8,0
О,1
1000
4,0
2,97
25
0,3
2,68
2,0
23,5
0,5
0,7
1,95
«11
1,5
23,0
0,82
>1»
1,0
22,0
0,9
0,66
0 5
2С,О
0,65
17,0
«>1»
1 3
3,06
6,0
26>0
0,1
1500
2,62
4,0
24,0
0,3
2,41
2,0
22,0
0,5
«1>
0,7
I,60
1,5
20,0
18,0
1,.1 2
0 5
0,9
0 71
16,0
»>>
О,СО
1,3
«>1»
3,02
110
24,0
3,0
3000.П р и м е ч а н и е . Водоцементное.отношение во всех экспериментах,5.
881 298
Таблица3
2,61
>26
71 0
5,5
1000
0,3
1,0
80,5 26
4,5
2,30
«11«
I I »
2,0
78,0
1,96
4,0 26
« I I»
3,0
1,83
)26
75,0
4,0
I!»
3,5
«l l«
70,0
2 !32
)26
3,0
« l I
5,0
8S 5
2,31
3,5
1000
0,5
1,0
1,22
95,0
3,0
« I l
25,5
2,0
1,00
102,0
2,0! I»
25,0
I l «
3в0
86,0
24,0
0 51
4,0
1,5
«! I»
«11»
0 38
76,5
2315
1,0
«! 1»
«11«
5,0
0,75
73,0
3,0
25,5
1000
1,0
0,7
0,16
89,0
2,0
« l l
25,0
«11»
2,0
24,5
0,08
96,0
1,5
l I »
«11»
3,0
24,0
0,06
«1!»
79,5
1,0
4,0
«11«
60,0
0,09
0,5
23,0
«11»
5,0
0,35
65,0
1 5
23,0
1000
0 9
1,0
67,0
0,97
24,0
2,0
l I»
« I l«
2,0
68,0
0,95
3,0
«11»
25,0
3,0
63,0
1,03
4,0
2,0
25,0
« I 1»
«11»
59,5
1 74
24,0
1 5
« I I»
« I l»
5,0
1 96
5,0
>26
77,5
0 3
1,0
1500
1,78
8S,5
)26
« I I»
«11«
2,0
80,0
1 52
4,0 т26! I»
3,0
1,61
3,0
4,0
11«
« l I»
2,0
2 5
«!1
« I I»
5 0
87,0
2 31
3,0
1,0
1500
0 5
Добавки,вес. к цементу
А1С1 СаС1
Удельная поверхность
S A,ì /г
Растекаемость,по конусу
АэНИИ,см
Водоотделение, 4
Прочность на сжатие, кгс/см
С
78,0
71,0
Проницаемость, 881298
Добавки, вес.4 к цементу
Водоотделение, Ф
Проницаемость, Sy+, м7г
А1С1 СаС1.!
« I I»
2,0
25 0
»11«
96,0
2,0
1,22
« I l»
3,0
»I I»
106,5
1,5
0,91
0 51
4,0
0,5
24,0
1500
88,0
1,О
0,28.
«11»
5,0
21,5
72,0
25,0
0,7
1,0
1500
2,5
0,70
72,0
0,12
»l l
« I I»
2,0
24,5
81,0
2,0
24,0
0,08
«11»
«! 1»
3,0
1,0
97,0
4,0
0,06
«I I»
«11
82,0
23 5
0,5
»11
«I I
0,09
5,0
67,0
22,0
66,0
0,9
1,0
0,35
1500
22,5
l,0
«! 1
69,0
0195
2,0
23,5
1,5
«11»
24,0
«I I»
0,90
3,0
71,0
3,0
4,0
«I I»
«I I»
76,0
1,03
25,0
2,0
65,0
5 0 !
24,0
«11»
1,70
1,0
24,0
3,02
3000
110, О
3,0
Седиеиость, ментасм ция,т, Таблица 4
Активирующие добавки
СаС12 Л1С1 g
Водоце- РастекаВид лортландцемента, исходное ментное отнои1ение
Свежий - .1 месяц
3000
3,0 110 238 400 451
0 ° 5
1 5 106. 234 421 515
2,0 102 230 410 507
0,5
3,0
1500
«1l»
0 5
3,0
6 0 70 183 317
2 5 86 215 411
3,5 81 201 399
0,5
«11»
0,5
0 5
3,0
3,0
Лежалый - 1 год
1000
Удельная поверхность, Растекаемость по конусу
АзНИИ,см
Продолжение табл. 3
Прочность на сжатие, 7 кгс/см
Прочность на сжатие, кгс/см з через
2 сут. 7 сут ° 28 сут. 90 сут.
881298
Формула изобретения
Составитель В. Никулин
Редактор Т. Парфенова Техред А, Бабинец Корректор В. Бутяга
Заказ 9902/51 Тираж 630 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
Способ приготовления тампонажного раствора, включающий помол клин кера .с добавкой гипса и последующее
его затворение, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью уменьшения слеживаемости цемента при длительном хранении и повышения седиментационной устойчивости раствора, прочности и герметичности камня длительных сроков твердения,помол клйн-. кера ведут до удельной поверхности
1000-1500 см /г, а затворение ведут с одновременной активацией его.
12
2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю— шийся тем, что активацию проI изводят путем затворения водным раствором электролитов, содержащим 0,50,74 хлорида алюминия и 2,0-4,03 хлорида кальция от веса цемента.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Данюшевский В, С. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам. И., "Недра", 1973, с. 40.
2. Агаева С. И. и др. Возможность применения цементов крупного помола для крепления скважин. - "Бурение", 1971, 10, с. 12-14 (прототип).