[1]Изобретение относится.к производству специальных тампонажных раст воров, в частности для цементировани
глубоких и сверхглубоких нефтяных и газовых скважин в сложных геологотехнологических услЬвиях(низкие поло
жительные и отрицательные температуры , высокотемпературная солевая коррозия
и пр.) и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышлен ности.
, Известны специальные тампонажные растворы, содержащие молотый клинкер
тампонажного портландцемента для холодных скважин с минеральными добавками
, (гипс, керамзит, опока и пр.), жидкость затворения (5-20%-ным водный раствор поташа( и едкого
кали) и добавки модификаторов (например , КССБ для замедления сроков охватывания)Г1 J
Однако область их применения лежит в интервале температур +5 -(-Ю/
При более высоких температурах раствор становится непрокачиваемым. С те
чением времени прочностные характеристики и коррозионная стойкость цементного камня резко (скачками)
уменьшаются, что де11ает раствор непригодным для цементирования скважин .
Наиболее близким к предлагаемому по составу и технической сущности
является тампонажный раствор для цементирования глубоких нефтяных и газовых скважин, содержащий молотый
, минеральную добавку, жидкость затворения и добавку-модификатор .
Указанный тампонажный раствор характеризуется повышенной коррозионной стойкостью в соленосных пластах
хлористого натрия и в среде пластовы вод с минерализацией до 400 г/л хлористых
солей комплексного составаС2 Однако данный раствор можно применять только в диапазоне температур
75-120с. При более низких температу рах степень гидратации цементных мин
ралов резко уменьшается, что ведет к снижению прочности цементного камня на сжатие и растяжение (изгиб)
.недопустимых величин (менее 0,2 МПа) и делает раствор- непригодным для цементирования
скважин в этих условиях Цель изобретения - применение раствора в интервале температур от
-10 до +250 С в условиях солевой ai рессии. Поставленная цель достигается тем, что тампонажный раствор для цементирования
глубоких нефтяных и газовых скважин, содержащий молотый клинкер,
минеральную добавку, жидкость затворения и добавку-модификатор, дополнительно
содержит в качестве клинкера молотый хлорсиликатный (алинитовый) портландцементный клинкер, в качестве
минеральной добавки - смесь гипса и извести с торфом или опокой в соотношении
1: (3 ):(3 - 8), в качестве жидкости затворения - воду или 12 ,5%-ные водные растворы,электролитов
СаСВ2 или КяСОо, а в качестве добавки-модификатора - водные растворы жидкого
стекла или полиакрилатов при следующем соотношении компонентов, . . мае.ч.:
Молотый хлорсиликатный ( алинитовый) портландцементный клинкер 100
Смесь гипса и извести с торфом или опокой в соотношении
1:(3 - ):(3 - 8)5-65 Вода или 1-2, водные растворы
электролитов СаСЕ2 или К2С0242-115,5 Жидкое стекло
или полиакрилаты0,05-17,55 Используется алинитовый к 1инкер следующего минерального состава,
мае.ч.: Сао5 04С82(элинит) 100; Са25 ОзСе2 2,2-33,3; 12Cu0 7Ae20з 2,2-25,0; ЗСиО5АепОз 1,1-8,3; СиОх
2АЕ02 Ь1-8,3; СаО-Ае20зРе20з 15,625 ,0; 2СиОРе20з 0,1-5,0; стекловидная фаза 0,6-25,0; 0,6-4,2;
МдОобщ° 5. Фазовый состав клинкера отличается содержанием вместо известного алита
нового минерала-трехкальциевого хлорсиликата-агинита и ряда других
минералов, вследствии чего свойства алинитового цемента весьма специфичны .
В качестве минеральных добавок могут применяться для регулирования сроков
схватывания порошкообразный двуводный гипс, в качестве расширяющего компонента - известь (негашеная и
гидратная), облегчающие добавки - опока , бетонит и пр., повышающие термосолестойкость
при высоких температурах шлаки, шламы, промышленные отходы
и пр., понижающие коэффициент теплопроводности при пониженных температурах торф, перлит и пр., в качест ве жидкости затворения - техническая .вода или водные растворы электролитов
, (солей, щелочей и пр.), в качестве добавок-модификаторов - понизители водоотдачи (гипан и полиакриламид
) и кольмататор пор (жидкое стекло). В предлагаемом тампонажном растворе
указанная выше совокупность свойств достигается, в основном, бла
годаря принципиально новому минералогическому составу клинкера, основным минералом которого является не
алит 3CuUSI02, а содержащий 2,55 ,0 вес,% св чзанного хлора а лини т i , образующийся в процессе
йизкотемпературуого обжига цементной сырьевой смеси в среде, содержащей
в качестве каталитических элементов анионы хлора и кислорода, и имеющий
принципиально отличную от алита . кристаллическую структуру из катионных (кальциевых) полиэдров с мости
ковыми смешанными анионами. Этот вид структуры и определяет принципиально
новые свойства тампонажного раствора на основе алинитового клинкера - высокую
гидравлическую активность и скорость (степень) гидратации (например , степень гидратации предлагаемого
тампонажногб раствора через 28 сут твердения при 20°С составляет
90%, а у обычного силикатного портландцементного раствора лишь б2%, т.е. в 1,5 раза ниже)-;
Имеется еще целый ряд специфических отличий анионсиликатного (в отли чие от обычного катионсиликатного)
алинитового клинкера от обычно алито вого: наличие ионов как Fe 3, так и Fe в количестве 3,7-3,8 и 0,30
,4 вео., соответственно; вредная .в чистом виде CaO(gQg присутствует в виде кальцита СаСО, упрочняющего
цементный камень; скорость образования портландита Са(ОН)л в цементном
камне в ранние сроки твердения в 7: р за ниже, чем у обычного раствора. Это
говорит о том, что степень гидролиза алинита вдвое меньше, т.е. гидратация не по обычной двухстадийной
схеме: растворение-кристаллизация, а по одностадийному тоОохимическойу механизму
, т.е. вдвое быстрее. Это подтверждается данными по определению степени гидратации алинита.
Высокая гидратационная активность алинита приводит к интенсивному твердению раствора, что позволяет/его ис .пользовать при низких положительных и отрицательных температурах. .
Из-за недостатка портландита Са(ОН)п и из-за его усиленной карбонизации (превращения в кальцит СаСО)|
образование цементного камня идет из гидросиликатов с основностью меньше 1, т.е. из минералов группы
гоберморит ксонотлит C/S/H иллебрандит С25Н(В), имеющих высосие индивидуальные прочностные
.свойства и термокрррозионную стойкость , что определяет возможность эффективного применения алинитового
тампонажного раствора также и в условиях высокотемпературной солевой ai- рессии.
Приготовление предлагаемого тампонажного раствора осуществляется с использованием
обычной стандартной техники и технологии приготовления тампонажных растворов и цементирования
скважин. Нужные минеральные добавки могут вводиться как при помоле клинкера
на цементном заводе, так ив. процессе сухого перемешивания цемента с добавками в цементно-смеситель-
ной машине непосредственно ,на скважине . Добавки-модификаторы в целях
лучшей гомогенизации обычно вводятся в жидкость затворения в процессе приготовления
цементного раствора с помощью цементировочных агрегатов также непосредственно при цементировании
скважины. Применение предлагаемого тампонажного раствора позволяет получить в. широком
диапазоне температур высококачественный тампонажный раствор и цементный
камень на его основе, обладающий хорошими прочностными свойствами
и высокой долговечностью и способствующий повышению качества цементирования
скважин в этих условиях. Это подтверждается данными лабораторных испытаний предлагаемого раствора и
камня на его основе, проведенных в УС.ПОВИЯХ максимального- приближения к реальным условиям скважин.
В табл. 1 приведены составы алинитовых тампонажных растворов. Предел прочности на сжатие состава
1 (плотность 1,8 г/см, растекаемость 19 см, начало схватывания:
1 ч 30 мий - 2 ч АО мин,-конец схвать1вания: 1 ч 55 мин - 4 ч 10 мин) приведен в табл. 2.
в табл. 3 приведен предел прочности йа сжатие состава 2 (плотност
1,65 г/см, растекаемость 20 см, на чало схватывания: 1 ч 50 мин 3 ч 15 мин, конец схватывания:
2 ц мин - 5 ч 10 мин). В табл. k приведен предел прочности на сжатие состава 3 (плотност
1,50 г/см, растекаемость 21 см, на чало схватывания: 2 ч 20 мин t ч 10 мин конец схватывания:
3. ч 35 мин - 6 ч 20 мин). В . 5 приведен предел прочно ти на сжатие известного состава ( пл
ность 1,85 г/см, растекаемость 18 начало схватывания: 6 ч 50 мин 8 ч 2 мин, конец схватывания:
12 ч 45 мин - 15 ч 20 мин). Составы А и 5 являются некондицион-20 ными (см. табл. 1), их свойства не
соответствуют поставленной цели получения универсального тампонажного 566 раствора для широкого диапазона температур .
Состав 4 при плотности 1 ,90 г/см имеет начало схватывания менее 1 ч
и растекаемость менее I см; при температурах выше. камень не является термостойким.
Состав № 5 при плотности 1,0 г/см имеет водоотделение более k%, растекаемость
более см и начало схватывания более 16 ч, при температурах ниже 5 раствор твердеет медленно,
прочность камня недопустима мала (меньше 2 кг/см), По результатам проведенных испытаний
видно, что предлагаемый алинитовый тампонажный раствор может быть эффективно использован в качестве
универсального тампонажного раствора . для цементирования нефтяных и газовых
скважин в широком диапазоне температур в сложных геолого-технологических условиях.
Т а б л и ц а 1
