Тампонажная смесь

Ь П И С А Н И Е (1 ц 732496ИЗЬБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспубликао делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Л. С. Запорожец, Н. Х. Каримов, Т. К. Рахматулин и В. С. Данюшевский Актюбинское отделение Казахского научно-исследовательского геологоразведочного института(54) ТАМПОНАЖНАЯ СМЕСЬИзобретение относится к производству тампонажных смесей повышенной плотности, в частности для цементирования скважин при температурах до 200 С, и может быть использовано в нефтегазовой промышленности.Известна тампонажная смесь на основе шлаков электротермофосфорного и алюмотермического производства ферротитана, содержащее до 7 вес. % гипса 1. В сочетании с ферротитановым шлаком гипс образует расширяющийся компонент - эттрингит, который сразу же при затворении смеси водой обуславливает быстрое ее схатывание. В результате смесь быстро становится непрокатываемой, поэтому она не может быть применена для цементи ров ания скважин при температурах свыше 90 С.Наиболее близкой к предлагаемой по составу и по технической сущности является тампонажная смесь, включающая кислый доменный гранулированный шлак (45 - 75 вес, %), фосфорный гранулированный шлак (20 - 45 вес. %), щелочной возбудитель твердения (5 - 10 вес. %) 2.Основным недостатком указанной смеси является невозможность получить плотность 2раствора выше 2 г/см. Кислые гранулированные шлаки имеют плотность 2,8 - 3 г/смф а фосфорные 3 - 3,2 г/см.з, что при указанных соотношениях компонентов и при водосмесевом отношении, характерном для 5шлаковых цементов - 0,35 позволяет получить тампонажный раствор с плотностью не выше 2,0 г/смз.Эта смесь является также недостаточнопрочной в ранние сроки. Фосфорные шлаки в своем составе содержат до 2% фосфорного 10 ангидрида Р Ое, который отрицательно влияет на прочность цементного камня в ранние сроки,Кроме того, эта смесь в продуктах твердения содержит низкоосновные гидросиликаты кальция типа СЬН(В), которые являются нестойкими в магнезиальных средах и против коррозии выщелачивания.Целью изобретения является тампонажная смесь повышенной плотности и прочности на ранних стадиях твердения с высокой коррозионной стойкостью в магнезиальных и сульфатных средах.Поставленная цель достигается тем, чтосмесь содержит шлаки производства ферротитана и рафинированного феррохрома при732496шлак производства ферротитана 3,5 - 3,7 г/см, шлак рафинированного феррохрома 3,0 - 3,2 г/смз, которые при водосмесевом отношении 0,225 - 0,25 при растекаемости 16 в 18 обеспечивают получение раствора с плотностью 2,15 - 2,3 г/см. Гмо я,о, ас,а,са и 1 1 1 гес т,О 4,64 - 11,7 1,8 - 3,67 0,370,87 66 - 77,5 0,46 - 1,35 11,9 - 2,45 Шлак производства Шлак рафинированногоЩелочной ферротитана феррохрома возбудитель 54,6 45,5 51,0 50,0 36,4 45,5 41,0 44,0 следующих соотношениях компонентоввес. %:Шлак производстваферротитана 45,5 - 54,6Шлак рафинированногоферрохрома 36,4 - 45,5Щелочной возбудитель 6,0 - 9,0.Тампонажная смесь содержит в своемсоставе два шлака с высокими плотностями: Средний химический состав шлака рафинированного феррохрома следующий: 1 Г 1 150 - 52 9 - 11 25 - 26 6 - 7 0,77 - 0,88 3 - 7Са 0 М О см. О А 1, 0 Ге 0 С 1 Я Шлак производства ферротитана содержит 70% глинозема (АиО в), который находится в шлаке в виде высокоактивного, обла 29 дающего вяжущими свойствами двуалюмината кальция СаО 2 А 1 аОз и в незначительном количестве) в виде еще более активного моноалюмината кальция СаО А 10,Низкое содержание окиси кальция (4,64 - и 11,7) и кремнезема (0,37 - 0,87) пополняется при добавлении шлака рафинированного феррохрома, который включает СаО 50 - 52% ЯО 2 25 - 26%.Наличие высокого содержания глинозема в шлаке производства ферротитана и окиси кальция и кремнезема в шлаке рафинированного феррохрома обеспечивает получение вяжущего алюминатно-силикатного твердения.В шлаке рафинированного феррохрома содержание извести в два раза выше, чем кремнезема. Введение щелочного возбудите. ля - жидкого стекла, являющегося также кремнеземсодержащей добавкой, способствует связыванию избыточной извести и созданию условий для образования низкооснов ных тоберморитоподобных гидросиликатов кальция, устойчивых в широком интервале температур (20 в 2 С).Введение щелочного возбудителя, например жидкого стекла, способствует также активации шлака. Активация вяжущих свойств происходит в результате того, что щелочь ХаОН, содержащаяся в растворе жидкого стекла (Ма в%О з + Н еО -МаОН+ + 51 О пНаО) хорошо растворима и дисШлак производства ферротитана имеетследующий химический состав: социирует на Ыа+ ОНионы. Гидроксильные ионы ОН, образующиеся в большом количестве, разрушают полимерную структуру кремнезема в шлаке по реакции с разрывом прочной связи (Я - О - Я)Я - О - 51 - О - + ОН - +-з =Я - ОН+=Я - ОН+, в результате чего кремнезем ЯОпереходит в хорошо растворимую форму, что способствует увеличению реакционной способности шлака и более быстрому протеканию реакции взаимодействия кальция с растворимым кремнеземом с образованием гидросиликатов кальция вносителей прочности цементного камня,Аналогичным образом ион (ОН) способствует разрыву связей в полимере глинозема, входящего в состав шлака производства ферротитана, и увеличивает его реакционную способность, ускоряя реакцию получения продуктов твердения гидрогранатного типа. Кроме того, сочетание шлака производства ферротитана со щелочным возбудителем обуславливает образование гидрата окиси, алюминия А 1(ОН) з. Последний представляет собой гелеобразную массу, склеивающую продукты твердения. В процессе твердения эта масса переходит в плотный кристаллический сросток.Быстрый набор прочности, характерный для глиноземсодержащих вяжущих, и присутствие значительного количества в цементном камне геля глинозема обеспечивает камню высокую водонепроницаемость и прочность. Такие цементы отличаются высокой коррозионной стойкостью.Для получения тампонажной смеси проверялись конкретные составы смеси при следующих соотношениях компонентов, входящих в ее состав (вес. %):732496 Основные технологические свойства тампонажной смеси 9 23 20 8 22 25 6 2 14 15 9 2 15 32 1. 54,6 36,4 2. 51 0 41,0 3, 50,0 44,0 4, 45,5 45,5 66 103 181 105 87 77 194 180 36,4 - 45,5 Составитель Г. Сапронова Редактор М. Васильева Техред К. Шуфрич Корректор Е. Папп Заказ 1688/23 Тираж 626 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113036, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/6 филиал ППП Патент г. Ужгород, ул. Проектная, 45Исходные шлаки смешивались в сухом виде, после чего полученная смесь затворялась водой, в которую добавлялось жидкое стекло.В таблице представлены данные по прочПредлагаемая тампонажная смесь бесклинкерная. Она образует плотный непроницаемый камень, стойкий в магнезиальных и сульфатных средах, и предназначена для применения в широком интервале темпе- гъ ратур (от нормальных до 200 С). Кроме того, эта смесь утяжеленная (2,25 - 2,3 г/смз), она может быть успешно применена при цементировании скважин с аномально высоким пластовым давлением. Наличие в качестве щелочного возбудителя жидкого стекла30 способствует повышению также ее реологических свойств.Тампонажная смесь недорога - стоимость 1 т цемента составляет 26 руб, а 1 т смеси - 13 руб. Экономия на одной скважине составляет около 4 тыс, руб.Формула изобретенияТампонажная смесь повышенной плотности на основе шлаков и щелочного возьностям смеси при нормальных и автоклавных условиях твердения, данные сочетания позволяют получить утяжеленное вяжущее при достаточно высоких прочностных показателях. будителя твердения отличающаяся тем, что, с целью повышения плотности, коррозионной стойкости и прочности на ранних стадиях твердения, она содержит в качестве шлаков шлаки производства ферротитана и рафинированного феррохрома при следующих соотношениях ингредиентов (вес. %):Шлак производстваферротитана 45,5 - 54,6 ШлакрафинированногоферрохромаЩелочной возбудительтвердения 6,0 - 9,0. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР455927, кл. С 04 В 7/14, 1975.2. Авторское свидетельство СССР389046, кл. С 04 В 7/14, 1973 (прототип).