гипсоцементная тампонажная смесь
Классы МПК: | E21B33/138 глинизация стенок скважины, закачивание цемента в поры и трещины породы |
Автор(ы): | Клюсов А.А., Корнеев В.И., Кривобородов Ю.Р., Полозков А.В. |
Патентообладатель(и): | Всероссийский научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий Российского акционерного общества "ГАЗПРОМ" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1996-07-19 публикация патента:
20.03.1999 |
Изобретение относится к тампонажным растворам, используемым при цементировании нефтяных, газовых, газоконденсатных скважин в условиях многолетнемерзлых пород. Технический результат от реализации изобретения - cнижение водоотстоя-усадки раствора и повышение водостойкости камня, сформированного на основе гипсоцементной смеси. Гипсоцементная тампонажная смесь содержит портландцемент, - полугидрат сульфата кальция и гидрокарбоалюминат кальция при следующем соотношении инградиентов, мас.%: портландцемент 50-60, - полугидрат сульфата кальция 20-25, гидрокарбоалюминат кальция - остальное. Гидрокарбоалюминат является попутным продуктом комплексной переработки нефелинов на глинозем. 1 табл.
Рисунок 1
Формула изобретения
Гипсоцементная тампонажная смесь для низкотемпературных скважин, включающая портландцемент и -полугидрат сульфата кальция, отличающийся тем, что она дополнительно содержит гидрокарбоалюминат кальция - попутный продукт комплексной переработки нефелинов на глинозем при следующем соотношении компонентов, мас.%:Портландцемент - 50 - 60
-Полугидрат сульфата кальция - 20 - 25
Гидрокарбоалюминат кальция - Остальное
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к тампонажным растворам, используемым при цементировании нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин в условиях многолетнемерзлых пород (ММП). Известны гипсоцементные тампонажные смеси, включающие портландцемент и полугидрат сульфата кальция - формы при соотношениях от 20/80 до 80/20. В качестве жидкости затворения используют растворы солей-ускорителей твердения и понизителей температуры замерзания жидкой фазы /1/. Применение этих смесей позволяет сократить сроки схватывания раствора и повысить прочность цементного камня при пониженных температурах. Вместе с тем тампонажный раствор и камень, сформированный из этих смесей характеризуется преждевременным загустеванием ("ложным схватыванием"), недостаточной прочностью и низкой водостойкостью из-за наличия гипсовой составляющей. Это оказывает отрицательные последствия на процесс цементирования и качество крепления скважины. Наиболее близким по технической сущности и назначению является гипсоцементная смесь "Пермафрост" фирмы "Халлибуртон" (США), включающая портландцемент и полугидрат сульфата кальция - формы при соотношениях 50/50 и 60/40/2/. Указанному материалу хотя и свойственны улучшенные реологические свойства раствора и повышенная прочность камня, однако тампонажный раствор на основе этой смеси характеризуется большим водоотстоем-усадкой, а цементный камень - низкой водостойкостью. В совокупности указанные недостатки со временем приводят к образованию замерзающих "водяных поясов", снижению срока службы цементной изоляции и, как следствие, ухудшению качества крепления скважины в ММП. Задачами, на решение которых направлено предлагаемое техническое решение, являются снижение водоотстоя-усадки раствора и водостойкости камня, сформированного на основе гипсоцементной смеси. Решение задачи достигается тем, что гипсоцементная тампонажная смесь, включающая портландцемент и полугидрат сульфата кальция - формы, дополнительно содержит гидрокарбоалюминат кальция - попутный продукт комплексной переработки нефелинов на глинозем при следующем соотношении компонентов, мас.%:Портландцемент - 50 - 60
- Полугидрат сульфата кальция - 20 - 25
Гидрокарбоалюминат кальция - Остальное
Гидрокарбоалюминат кальция представляет собой порошок белого цвета, преимущественно из насыщенных твердых растворов ангидрида угольной и (или) серной кислоты в четырехкальциевом гидроалюминате общей формулы
4 CaO Al2O3 CO2 (SO3) (11 - 12)H2O,
где x = 0,25 - 1,25
Гидрокарбоалюминатную добавку получают в качестве попутного продукта способом гидрохимического синтеза из щелочно-карбоалюминатных растворов и извести при комплексной переработке нефелинов на глинозем высших сортов и содопродуктов. Снижение водоотстоя - усадки раствора и повышение водостойкости камня обусловлено химическим взаимодействием гидрокарбоалюмината кальция и полугидрата сульфата кальция - формы с образованием более водостойкой, чем гипс, расширяющейся фазы - гидросульфоалюмината кальция (эттрингита) по схеме:
Были приготовлены состав известной гипсоцементной тампонажной смеси "Пермафрост" фирмы Халлибуртон (США), включающей портландцемент и полугидрат сульфата кальция - формы, а также пять составов гипсоцементной тампонажной смеси согласно изобретению (портландцемент, полугидрат сульфата кальция - формы и гидрокарбоалюминат кальция) при водоцементном факторе 0,38 с граничным и средним содержанием компонентов, а также с их содержанием выше верхнего и ниже нижнего пределов при температуре 0 - +2oC. Определение растекаемости, водоотстоя-усадки раствора и 2-х суточной прочности образцов камня на изгиб осуществлялось в соответствии с ГОСТ 26798,0 - 26798,2 - 91. Водостойкость образцов цементного камня оценивалась по отношению прочности образцов 28-суточного срока твердения в "ледяной" воде к прочности образцов воздушного твердения. Приготовление гипсоцементной тампонажной смеси в заводских условиях осуществляется по существующей технологии и сводится к дозировке отдельных компонентов с помощью тарельчатых или весовых дозаторов и последующему помолу в шаровых мельницах. В полевых условиях приготовление гипсоцементной тампонажной смеси может быть осуществлено с помощью цементносмесительных машин СМН-20, для чего, например, в приемный бункер шнекового транспортера поочередно загружается портландцемент, полугидрат сульфата кальция - гидрокарбоалюминат из расчета на один мешок портландцемента (50 кг) по 25 кг полугидрата сульфата кальция - гидрокарбоалюмината кальция. Результаты испытаний приведены в таблице. Данные таблицы свидетельствуют о том, что предлагаемая гипсоцементная тампонажная смесь с оптимальным соотношением компонентов обладает лучшими свойствами, чем известная, а именно
водоотстой-усадка раствора снижена до "0";
в среднем на 25% повысилась водостойкость камня. При содержании компонентов выше верхнего предела ухудшаются реологические свойства, а при содержании компонентов ниже нижнего предела снижается прочность камня. Снижение водоотстоя-усадки раствора и повышение водостойкости цементного камня в совокупности способствует повышению качества крепления скважины в ММП и долговечности цементной изоляции. Источники информации, принятые во внимание при проведении патентного поиска:
1. Геранин М.П., Чжао П.Х. Крепление скважин в осложненных условиях. М.: Обзор. информ. ВНИИЭГАЗПРОМ, серия "Бурение газовых и газоконденсатных скважин", 1982, - вып. 1 - 38 с. 2. Пат. N 3891454 США, кл. 106 - 89. (C 04 B 7/02). Состав для цементирования низкотемпературных скважин, /W. Cunnigham, C. George, S. Shryock.
Класс E21B33/138 глинизация стенок скважины, закачивание цемента в поры и трещины породы