Расширяющийся тампонажный материал

ОЮЗ СОВЕТСНИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 9) (11) 57(51)4 Е 21 В 33/138 рттруе1 еч ф ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ юзный проель ский Сгд Сл 3 СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(56) Мосиенко В.Г. Тампонажный цемент из промышленных отходов. - Цемент, 1983, У 9, с. 20-21.(57) Изобретение относится к креплению нефтяных и газовых скважин, в частности скважин, в продукции которыхсодержатся кислые компоненты. Цельизобретения - повышение коррозионнойстойкости расширяющегося тампонажного материала в кислых средах, снижение капиллярной пористости и ранняя стабилизация расширения цементного камня на его основе. Материалвключает портландцементный клинкер,шлаковый, сульфатсодержащий и глиноземсодержащий компоненты. В качествее последнего используют белый шлам, образующийся на стадии глубокого обескремнивания алюминатных растворов при производстве глинозема методом спекания из высококремнистых глиноземсодержащих руд. Тампонажный материал имеет следующее соотношение компонентов, мас.Е: белый шлам 4,0 - 8,0; сульфатсодержащий компонент (ЯО э) 2,0-5,0; шлаковый компонент 10,0-15,О; портландцементный клинкер остальное. Кинетика взаимодействия алюминатных фаз материала с гипсом определяет раннюю стабилизацию расширения цементного камня и его высокую раннюю прочность. Избыток сульфатсо- сФ держащего компонента позволяет связать все алюминатные фазы материала в трисульфогидроалюминат кальция,что обеспечивает высокую супьфатостой- Св кость тампонажной композиции и устойеечивость ее к сероводородной агрессии. Высокая основность шлаковой составляющей придает материалу стойкость к магнезиальной коррозии. Повышение общего модуля основности способствует увеличению прочности и плотности цементного камня в поздние сроки твердения. 4 табл. Ж30-70 Химический состав "белого" шлама:СаО 44,88 - 54,77; А 120 16,6 -19 ф 43 ю еОэ Оь 25 Оэ 501 ЯО0,80 - 1,84; Мр;О 0,40 - 1,20; ВО0,07 - 0,85 р п.п.п, 26,50 - 31,91,Изобретение относится к креплению нефтяных и газовых скважин, в частности, к коррозионностойким тампонаж" ным материалам, предназначенным для скважин, в продукции которых содержат ся кислые компоненты.Цель изобретения - повышение коррозионной стойкости расширяющегося тампонажного материала в кислых сре дах, снижение капиллярнай пористости и ранней стабилизации расширения цементного камня на его основе,В изобретении возможно применение портландцементного клинкера актив костью не ниже 40,0 МПа.В качестве шлакового компонента возможно применение любых материалов этого вида, имеющих модуль основности не менее 1,10 и используемых в це ментной промышленности в качестве активных минеральных добавок.В качестве сульфатсодержащего ком: понента возможно использование природного двуводного гипса, фосфогипса и борогипса.Отличительным признаком изобрете" ния является применение в составе вяжущего белого шлама глиноземного производства, образующегося в качест ве отхода на стадии глубокого обеск ремнивания алюминатных растворов при производстве глинозема марок Го и Гоо методом спекания из высококрем"нистых глиноземсодержащих руд, 35Белый шлам имеет следующий фазо, вый состав, мас.Е:Карбонизированныйгидроалюминат кальцияс показателямипреломленияпо = 1,554 ипе = 1,53845Гидрогранатыпеременногосостава с показателем преломления не болееп = 1,618 30-70Технологическиепримеси Остальное Основные Фазовые составляющие белого шлама взаимодействуют с сульФатсодержащим компонентом, образуя кремнезем- и карбонатсодержащий трисульфогидроалюминат кальция (ТГСАК). Наличие в составе трисульфогидроалюмината кальция примесных ионов ЯЮ и СОЯ определяет изменение габитуса кристаллов соединения, причем форма, размер кристаллов, их высокоразвитая поверхность обеспечивают кальматацию капиллярных пор образующегося гидратационного каркаса и снижают общую пористость камня на основе расширяющегося тампонажного материала (РТМ), а соответственно повышают непроницаемость монолита.Кинетика взаимодействия алюминатных фаз РТМ с гипсом определяет раннюю стабилизацию расширения цементного камня и его высокую раннюю прочность.Избыток сульфатсодержащего компонента позволяет полностью связать все алюминатные Фазы РТМ в ТГСАК и, таким образом, обеспечивается высокая сульфатостойкость тампонажной композиции а также устойчивость ее к сероводородной агрессии, которая определяется, наряду с ТГСАК, присутствием в составе цемента низкоос- . новных гидросиликатов кальция, образующихся при гидратации минералов шлаковой составляющей.Высокая основность шлаковой составляющей придает РТМ стойкость к магнезиальной коррозии.Положительным качеством тампондж-. ного цемента с белым шламом является также повышение общего модуля основ- ности, что способствует повышению прочности и плотности цементного камня в поздние сроки твердения.Использование расширяющегося тампонажного материала позволяет получить в интервале температур 0-90 С коррозионно-стойкую расширяющуюся композицию с высокой прочностью на изгиб и низкой капиллярной пористостью, а, соответственно, высокой непроницаемостью, что обеспечивает повышение надежности крепления нефтяных и газовых скважин, в продукции которых содержатся кислые компоненты.П р и м е р. В лабораторных условиях были получены и испытаны .по ГОСТУ двенадцать составов РТМ, РТМ приготавливают совместным измельчени1435764 4ции, а при содержании белого шламаболее 8% (состав 5) повышается вязкость композиции и несколько сокра 5щается время загустевания что сопроФвождается снижением технологичноститампонажного раствора.Сокращение содержания в составеРТМ шлакового компонента снижает растекаемость и повышает начальную вязкость РТМ, а увеличение его количества свыше 15% отрицательно сказывается на прочностных и деформативныххарактеристиках РТМ.Составы предлагаемого расширяюще-гося тампонажного материала приведены в табл.1.Состав йзвестного тампонажногоматериала приведен в табл.2,20 Сведения о кинетикелинейного расширения РТМ представлены в табл.З,Данные табл.З свидетельствуют оранней стабилизации линейного рас 25 шнрения РТМ в широком температурноминтервале,ноземного 4,0-8,0 производстваСульфатсодержащий компонент(% яо )Шлаковый компонентПортландцементныйклинкер 2,0-5,010,0-15,0 Остальное ем в стандартной лабораторной мельнице портландцементного клинкера, гипса (природного двуводного или борогипса, или фосфогипса), шлака (передельного доменного или электротермофосфорного) и белого шлама до тонкости помола соответствующей 10% остатка на сите Р 008.Время .загустевания и вязкость раствора РТМ определяют на консистометреКЦ. Коррозионная стойкость камняна основе РТМ определяется методом измерения прочности при погружении образцов в агрессивные растворы, Пористость цементного камня определяетсяпо водопоглощению и методом ртутнойпорометрии на установке П-ЗМ. Линейное расширение образцов замеряют наприборе МИНХ и ГП,Составы РТМ и результаты физикомеханических испытаний представлены в табл, 1 и 2.Данные табл. 2 показывают, что:коррозионная стойкость РТМ на15-20% превышает сульфатостойкостьи на 30% сероводородостойкость изве-.стного материала; пористость РТМ на32% ниже, чем у известного материала,причем значительно (на б 0%) ниже его 30капиллярная пористость, что обусловливает повышение непроницаемости камня на основе РТМ;линейное расширение в среднем не .уступает расширению известного материала. Однако следует отметить,что,благодаря активности фазовых составляющих белого шлама, стабилизациярасширения наблюдается к двум суткамтвердения, в отличие от 7 сут. у известного материала, Ранняя стабилизация расширения обеспечивает отсутствие деструктивных изменений в искусственном камне;растекаемость и время загустевания РТМ, особенно при повышенных температурах, позволяют отказаться отприменения добавок - замедлителей охватывания, существенно ухудшающихкачество композиции;прочностные характеристики РТМ,в среднем, на 25-30% выше, чем у известного материала, так как особенности кинетики образования ТГСАК иэбелого шлама обусловливают высокуюраннюю прочность композиции.Введение в состав РТМ менее 4%белого шлама (состав 4) ведет к снижению линейного расширения композиВ табл. 4 даны физико-механические характеристики расширяющегося тампонажного материала. Формула изобретения Расширяющийся тампонажный материал, включающий портландцементный клинкер, шлаковый, сульфатсодержащий и глиноземсодержащий компоненты,о т " л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения его коррозионной стойкости в кислых средах, снижения капиллярной пористости и ранней ста- билизации расширения камня на его основе, он в качестве глиноземсодержа-. щего компонента содержит белый шлам, образующийся на стадии глубокого обескремнивания алюминатных растворов при производстве глинозема мето-. дом спекания из высококремнистых гли" ноземсодержащих руд, при следующем соотношении компонентов, мас.%:Белый шлам гли1435764 Таблиц а 1 Шлако- Сульфатсодержащийвый компонент компо гипс, % 80,% кент, мас.% клинкер, произмас.%водствамас,% 2,0 81,6 10 76,0 8,0 10 70 фб 11,4 5,0 1,0 67,4 13,6 6,0 10 71,0 15 78,0 8,0 69,0 8,0 81,3 1 О 2,0 Фосфо"гипс 4,7 10Борогипс 5,15 80,85 4 2,0 Гипс 4,5 2,0 81,5 4,5 2,0 Передельный шлак комбината 1.4+ Передельный шлак комбината 11.Электротермофосфорный шлак. 1Таблица 2 Молотый кварцевый пе сок,мас.клингипс % 80 кер, . мас,5,0 90 2,5 10,0 80 15,0 7,5 70 Портландцементный Порт,ландцементный Белыйшламглиноземного Ллюмо- кальциевый шлакмас. . 1010 ф + Сульфатсодержащий компо- нент 2,5 1,15,0 2,0 7,5 3,3.1435764 Таблица 3 Темпе- Линейное расширение, Й,время, сут. 1 10,5 1 2 3 0,5 0,8 1,5 2,4 Гипс 22 2,6 1,0 1,85 3,10 1,3 8,0 Гипс 3,53 4,10 1,5 Гипс 4,7 5,2 2,3 3,2 22 4,9 5,6 3,1 4,2 75 Сос- Содержание, мас.7.тав 1 Клинкер 81,5 Белый шлам 4 Перед ель ныйо о1 ф 010ОВооссРа.оо 1 Оео- ь М СЧ ОЪ ОЪ а В с о о СО л оо м с с сО иЪВ В л л СЧ СВЪЮ СЧ 1 л й ф ОЕФР,1 ВВ а й ф а 3 Ф е О Сс . 1 3 СЧМ 3 М о о 0 В В В СЧ М СЧ м ф иЪ л л СЧ ВВ ол ВФ иВ СЧ О 3 СЧ В ВВ иЪ иЪ о фВ- 4 1 1 1 иЪ 1 1 иЪОСО ОО и Р 63а с о о иъ сч Во лВ л СЧ СЪ М о о иЪ О вВ м мо лВ3 1 1 3 1 иЪл 3 р О ч гВ СЧ и Ъ В ВЛ а, сч0 а аам О 31 о Ф о 1 ВВВ не н ВВ ЩОВ. О иЪ, О л лас о СЧ иЪ ОВ а о о Ч СЧ иЪ О Л ВВ оСЧ3 ВС 1Фф Й л 1Р ЦЕ В о 3 В 11 3 а 1 Мо о 1 О."1 о л10 фВРВСч,3Ж О30 Ф Р3 РВ ФОЕООО ХХ ФВ1 О ОРВ Я 1 о3 1 Оо ф1 ОВ М Р1РФ ИСРРВ