Тампонажный раствор

9) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 4 138 1)5 ЕНИЯ Е ИЗО ПИС ТВУ РСКОМУ СВИДЕТ(54) ТАМП (57) Сущно жит компо незит 22, хлорид ам ное. Суху хлорида ам воде прочн 73 кг/см 2. ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(71) Конструкторско-технологическое бюро технических средств бурения. скважин (72) Ф.А,Агэамов, Н.Х,Каримов,.В,В.Васильев и А.Ф,Тангатаров(56) Авторское свидетельство СССР М 605936, кл. Е 21 В 33/138, 1978.Кондращенко Е.В, Тампонажный цемент для сильноагрессивных магнезиальных сред, Автореф, дис. к.т.н., Харьков 1983.Изобретение относится к креплению нефтяных и газовых скважин, а именно к получению тампонажного раствора на основе магнезиального вяжущего для цементирования скважин.Известен тампонажный раствор, включающий композицию на основе раствора фосфатных и других неорганических соединений с последующим затворением ею магнезиального вяжущего, при следующем соотношении компонентов, мас.Каустический магнезит 33,3-66,0 Хлористый магний 10-20Простой суперфосфат 1,7-9,9 Вода и хлористыймагний Остальное Однако из-эа низкой водостойкости, быстрых сроков схватывания, которые в этой системе трудно регулировать, такие растворы не получили широкого применения.Известен цементный раствор, включаю-щий каустический магнезит, алюмосиликатный компонент в виде тонкодисперсных О Н АЖН Ы Й РАСТВО Рсть изобретения: раствор содерненты, мас.: каустический маг-38,21; глиеж 25,48-44,15; мония 1,96 - 3,22, вода - осталью смесь затворяют на растворе мония. При твердении в пресной ость камня на изгиб при 100 С,до 1 табл,горелых пород терриконов угольных шахт состава, : СаО 1,20; 90261,80; Ре 20 з 8,40;А 20 з 21,43; М 90 2 ЗОз 0,45; и.и.и. 0,98; К 20 2,91; йа 20 0,45 и корректирующую добавку на основе органических соединений (лигносульфонат кальция и меламинформальдегидную смолу в соотношении 1:1(по массе, М затворенный на растворе технического би- Ж шофита, Недостатком данного раствора яв- ф ляются низкие прочностные показатели на фь основе затвердевшего раствора при повы- а шенных температурах и низкая водостой- ф кость цементного камня.Наиболее близким по своей технической сущности, т.е. прототипом, является тампонажный раствор, включающий каустический магнезит, горелую породу терриконов угольных шахт и неорганическую добавку - жидкое стекло йа 20 и ЯЮ (модуль 2,45 ТУ - 6-18-68-69), затворенный насыщенным раствором хлористого магния, Недостатком данного состава является низкаяпрочность полученного камня при твердении в пресных водах,Указанные явления объясняются тем,что основными минералами, слагающий образованный на этой основе камень будутоксихлориды магния различного состава,которые являются легко растворимыми соединениями в слабоминерализованных ипресных средах.В случае использования в качестве жидкости затворения пресной воды образованный камень будет-малопрочным. Этообъясйяется тем, что растворимость окисимагния в воде весьма мала, чем и объясня"ется относительно невысокая прочностьмагнезиальных цементов, затворенных водой в ранних сроках твердения, Хлористыймагний значительно повышает растворимость оксида магния, однако продукты твердения будут представлены в этом случаеоксихлоридами магния, которые как былоотмечено выше, легко растворяются в пресных и слабоминерализованных средах, врезультате чего затвердевший камень разрушается.Целью изобретения является увеличение прочности цементного камня на раннихстадиях твердения в пресной воде.Это достигается тем, что в тампонажном растворе, включающем каустическиймагнезит, аморфизированный кремнеземсодержащий компонент, воду и добавку, вкачестве аморфизированного кремнеземсодержащего компонента используется глиеж, а в качестве добавки используетсяхлорид аммония при следующем соотношении компонентов, мас;%;Каустический магнезит 22,08-38,21Глиеж 25,48 - 44,15Хлорид аммония 1,96-3,22Вода ОстальноеПри получении предлагаемого тампонажного раствора используется глина естественно жженая (глиеж) угольного разрезаместорождения Кумертау, Химический состав глиежа предоставлен следующими ингредиентами в пределах, о; СаО 2,04 - 3,5;5102 61,2-58,3; Ге 20 з 2,75-6,5; А 20 з 21,2524,03; М 90 0,4-2,5, п,п.п. 9,14 - 4,17; К 202,32 - 0,6; йа 20 0,45-0,4,В этом случае твердение магнезиальнокремнеземистого тампонажного раствораосновано на процессах химического взаимодействия в системе М 90 - 902-Н 20Прочность полученного камня припрочих равных условиях определяетсяколичеством образовавшихся кристаллогидратов и количеством контактов их срастания,Размер образовавшихся зародышей новой фазы (кристаллогидратов) определяется степенью пересыщенияВ Т па.где г - размер кристаллогидратов;и- энергия образования зародышей;10 М - молекулярный вес новой фазы;а - степень пересыщения.Поскольку растворимость оксида магния в пресной воде весьма мала, то этим иобъясняется относительно невысокая проч 15 ность цементов, затворенных водой.Ввод в состав тампонажного растворахлорида аммония изменяет растворимостьгидроксида магния, Раствор становится более пересыщенным по отношению к20 Мд(ОН)2, в результате чего создаются благои риятн ые предпосылки. для образованиябольшого количества зародышей новой фазы, которые, накапливаясь растут, образуяконтакты срастания и способствуют повы 25 шению прочности затвердевшего камня.Наличие в составе глиеж кремнеземистогои алюминатного компонентов (3102 и А 20 з)и повышенная реакционная способностьМ 9(ОН)2 обуславливает образование гидро-.:30 силикатов и гидрогранатов магния,При затворении магнезиально-кремнеземистой композиции пресной водой частьобразовавшегося гидроксида магния растворяется в воде, часть находится в виде геля,35 который с течением времени кристаллизуетсяв виде базальных пластинок в гексагональнойсистеме - "брусит". Дальнейшее выкристаллизовывание кристаллогидратов (аммоминатов ма гн ия) происходит на поверхности40 брусита, т.е, в этом случае брусит являетсялишь подложкой, в результате чего сформировавшийся камень обладает пониженными физико-механическимихарактеристиками.45 Ввод в жидкость затворения добавкис последующим затворением ею вяжущего способствует взаимодействию с нею"кислой" глиежа и "основного" гидроксида магния с выходом обоих в раствор,50 Образовавшиеся алюминаты и гидросиликаты магния распределяются по всемуобъему твердевшего камня, что способствует в дальнейшем набору большей прочности на ранних стадиях твердения.55 Данные рентгеноструктурного анализаподтверждают образование гидросиликатов магния ( 4./п = 8,25; 5,05; 3,12; 2,52; 2,48;,1,789) и гидрогранатов магния (д(/и = 4,74;3,58; 7,13).В патентной и научно-исследовательской литературе отсутствуют составы тампонажных магнеэиальных растворов, вкоторых в качестве добавки использовалсяхлорид аммония, а в качестве жидкости затворения-пресная вода. Хлористый аммоний не использовался в нефтянойпромышленности, а именно в области крепления нефтяных и газовых скважин.Содержание в тампонажном растворемагнезиального компонента ниже 16; необеспечивает необходимой прочности тампонажного камня. Содержание в тампонажном растворе магнезиального компонентавыше 25% способствует набору прочностив ранних сроках твердения, однако в дальнейшем в результате кристаллизации не-связанного избытка оксида магния, вкремнеземистым компонентом наблюдает-,ся разрушение цементного камня. Этот процесс ускоряется, если средой, в которомтвердел образец, служит раствор насыщенного хлористого магния МцС 2,В таблице приведены данные по испытанию предлагаемого решения и прототипа,анализ которых говорит с более лучших физико-механических свойствах камня на основе предлагаемого решения.Реализация тампонажного растворапри цементировании скважин может осуществляться следующим образом.В жидкость затворения, которая находится в емкостях цементировочных агрегатов, вводится добавка с последующим затворением ею тампонажного материала.В лабораторных условиях тампонажныйраствор реализовывался следующим обра- .5 зом,П р и м е р 1. 22,08 мас.ь каустическогомагнезита смешивают с 44,15 мас, глиежа.0,66 мас,;6 хлорида аммония растворя 10 ют в 33,11 мас. воды. Полученной жидкостью затворе ния затворяют смеськаустического магнезита и глиежа, 2-ух суточная прочность при изгибе при 100, 125,150 С составляет соответственно 36; 42; 5015 кг/см,Формула изобретения Тампонажный раствор, включающий ка устический магнезит, аморфизированныйкремнеземсодержащий компонент, воду и добавку, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения прочности цементного камня на ранних стадиях твердения в пре сной воде, он в качестве аморфизированного кремнеземсодержащего компонента содержит глиеж, а в качестве добавки содержит хлорид аммония при следующем соотношении компонентов, мас,:"30 Каустический магнезит 22,08-38,21Глиеж 25,48 - 44,15 Хлорид аммония 1,96 - 3,22 Вода Остальное